Maailmankaikkeuden synty

[Kaizu]

Arthousen QED-suomennoksen sivulla 52 selostetaan koetta jolla varmistetaan että peilin kaikki osat heijastavat valoa. Lähtökohtana siinä on että heijastuessaan peilistä valonsäde ei kulje ainoastaan ilmeisntä reittiä vaan kaikkia mahdollisia reittejä. Todistelusta syntyy sitten difraktiohila.

Kaizu

[RJ]

Sorry vaan Ricke, mutta lueskelin tuossa jokin aika sitten sen Feynmanin  QED:n ja mahdollisesti luen jatkossa muitakin ko. herrran kirjoja. Yhdessäkään ainoassa kohdassa ko. kirjassa Feynman ei väitä, että yksittäinen fotoni kulkisi kaikkia mahdollisia reittejä, joista tutkijan tekemä havainto pudottaisi sen vain yhdelle reitille (vrt. Kööpenhaminan tulkinta). Feynman itse asiassa osoittaa, että yksi yksittäinen fotoni kulkee vain yhtä reittiä, esim. kaksoisrakokokeessa vain toisen raon kautta. Fotoni ei siis todellakaan jakaudu mystisesti kvadriljooniin eri reitteihin silloin, kun tutkija ei ole sitä havainnoimassa ja palaudu yht'äkkiä vain yhdelle reitille, kun tutkija sattuu sen huomaamaan.

Eipä tarvii pahoitella, on pelkästään positiivinen asia jos kykenee itse etsimään tietoa ja muodostamaan käsityksiä.

Kirjassa puhutaan todennäköisyysamplitudeista ja kelloista jotka tikittävät eri nopeudella eri aallonpituuksille. Nämä tarkoittavat sitä, että fotoneja käsitellään todennäköisyysaaltoina. Yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, ja menee molempien rakojen läpi interferoiden itsensä kanssa. Tämä malli tuottaa havaitun interferenssikuvion varjostimelle. Jos fotoni pakotetaan kulkemaan vain toisesta raosta, tai sen reittiä yritetään tavalla tai toisella havaita, kvantti-interferenssi poistuu välittömästi takavasemmalle.

Edellinen on kaksoisrakokokeen aaltomekaaninen selitys, jonka Feynman varmasti antaa QED:ssä.  Kvanttimekaniikan polkuintegraaliformalismi on toinen näkökulma, joka vihjaa hiukkasten kulkevan kaikkia mahdollisia reittejä kahden pisteen välillä. Tästä kirjassa ei mahdollisesti puhuta (aihe on aika tekninen), vaikka se onkin olennainen osa kvanttifysiikkaa ja juuri Feynmanin kehittämä menetelmä.

[mistral]

              Morjens
On joskus käynyt sellainen ajatus mielessä, että mahtaako ison kaukoputken vaaleampi taustataivas selittyä sillä, että fotonien osuminen oikeaan ei aina toteudu. Jos fotonit ei 100 prosenttisesti heijastu sinne mihin peili ne kohdistaa, niin vääriin suuntiin menneet fotonit aiheuttaisivat vaaleamman taustataivaan?

[Tuoli]

Yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, ja menee molempien rakojen läpi interferoiden itsensä kanssa. Tämä malli tuottaa havaitun interferenssikuvion varjostimelle. Jos fotoni pakotetaan kulkemaan vain toisesta raosta, tai sen reittiä yritetään tavalla tai toisella havaita, kvantti-interferenssi poistuu välittömästi takavasemmalle.

Yksittäinen fotoni ei koskaan tuota interferenssikuviota, sikäli kuin olen asian oikein ymmärtänyt. Interferenssikuvio syntyy vain, kun fotoneita lähetetään peräkkäin. Niinpä tämä merkitsee sitä, että aaltofunktio, jota hämärästi kutsutaan koko avaruuteen leviäväksi yksittäisen fotonin aalloksi, kuvaa vain yleisellä tasolla kaikkien mahdollisten fotonien aaltoliikkeen muodon. Toisin sanoen se kuvaa kaikkien fotonien mahdolliset radat eli kaikkien mahdollisten ratojen todennäköisyysjakauman.

Näin tulkittuna aaltofunktio on aivan ok. ja mittaukset antavat antavat oikeita tuloksia. Siis yksi ainoa fotoni ei koskaan jakaudu kaikille kvadriljoonille mahdollisille radoille, vaan aaltofunktio kuvaa vain kaikki mahdolliset radat, joita kaikki mahdolliset kvadriljoonat fotonit noudattavat aaltofunktion antamilla todennäköisyydellä. Feynman osoittaa yksiselitteisesti, että yksi ainut fotoni ei koskaan jakaudu, vaan kulkee aina vain toisen raon kautta. Sen sijaan, jos mukana on peräkkäiset fotonit, niin interferenssikuvio syntyy.

Pohjimmiltaan tässä on ymmärtääkseni kysymys mahdollisen ja toteutuneen suhteesta. Kyllä monilla muillakin tieteenaloilla pelataan erilaisilla todennäköisyyksillä toteutuvista mahdolllisuuksista, mutta kvanttifyysikot ovat koko maailmanhistorian ainoa tiedemiesryhmä (tai tiedehenkilöryhmä), joka väittää, että kaikki mahdollisuudet toteutuvat yhtä aikaa, siis esim. yksi ainut fotoni jakautuu kaikille mahdollisille radoille eli tapahtuu fyysinen mahdottomuus. Tämä johtaa myös esim. kosmologiassa kaikenlaisiin mystisiin teorioihin multiversumeista, koska takerrutaan juuri ajatukseen, että kaikkien mahdollisuuksien on toteuduttava yhtä aikaa.

Tieteessä yleensä on kuitenkin jo muutaman tuhannen vuoden ajan tiedetty, että kaikista mahdollisuuksista toteutuu vain yksi kerrallaan. Sen sijaan, jos oletetaan, että maailmankaikkeus on ääretön ja aika loppumaton, niin voidaan sanoa, että kaikki mahdolliset asiat toteutuvat joskus ja jossain, mutta eivät samassa pisteessä koskaan yhtä aikaa. Tällöinkään mahdottomat asiat eivät kuitenkaan toteudu koskaan missään paikassa.

[RJ]

Yksittäinen fotoni ei koskaan tuota interferenssikuviota, sikäli kuin olen asian oikein ymmärtänyt. Interferenssikuvio syntyy vain, kun fotoneita lähetetään peräkkäin.

Totta, yksi fotoni ei voi tuottaa interferenssikuviota, mutta näytät kuitenkin ymmärtävän mitä ajoin takaa. Teet vain sen päälle jonkin oman tulkinnan yksinkertaisesta aaltomallista. Eli: yksittäinen fotoni on vain yksi piste varjostimella, eikä sen perusteella voida sanoa tilastollisesta jakaumasta mitään. Mutta suuri joukko yksi kerrallaan systeemin läpimeneviä fotoneja paljastavat interferenssin. Koska systeemi ei voi tietää aikaisempien ammuttujen fotonien reittejä, on interferenssin tapahduttava yksittäiselle hiukkaselle. Interferenssikuvio on peräisin ainoastaan yksittäisen fotonin aaltoluonteesta, koska peräkkäiset fotonit eivät voi vaikuttaa toisiinsa. Suuri fotonien kokonaismäärä ei muuta tätä seikkaa, eikä tarjoa mitään muuta selitystä.

Jos haluat väittää edellistä vastaan, ja argumentoida että fotonijoukon käytös poikkeaa yksittäisen fotonin käytöksesta, voit valita kahdesta vaihtoehdosta: a) kaikki fotonit eivät noudata samoja fysiikan lakeja, tai b) kaksoisrakosysteemillä on muisti sen läpikulkeneista fotoneista.

Niinpä tämä merkitsee sitä, että aaltofunktio, jota hämärästi kutsutaan koko avaruuteen leviäväksi yksittäisen fotonin aalloksi, kuvaa vain yleisellä tasolla kaikkien mahdollisten fotonien aaltoliikkeen muodon. Toisin sanoen se kuvaa kaikkien fotonien mahdolliset radat eli kaikkien mahdollisten ratojen todennäköisyysjakauman.

"Yleisellä tasolla"? "Kaikkien mahdollisten fotonien aaltoliikkeen muodon"?

Kyllä malli kuvaa jakauman aivan täsmälleen oikein. Vaikka kvanttimekaniikka on tilastollisia ennustuksia antava teoria, on se silti äärimäisen tarkka. Havaittu todennäköisyysjakauma on prikulleen se, minkä yksittäinen, molemmista raoista läpi menevä fotoniaalto interferoidessaan tuottaa. Vain toisesta raosta kerrallaan läpimenevä aalto tai klassinen hiukkanen tuottaisi interferensittömän kuvion varjostimelle, eikä luonto toimi näin havaintojen mukaan.

Feynman osoittaa yksiselitteisesti, että yksi ainut fotoni ei koskaan jakaudu, vaan kulkee aina vain toisen raon kautta. Sen sijaan, jos mukana on peräkkäiset fotonit, niin interferenssikuvio syntyy.

Miten hän sen osoittaa? Ettet nyt vain tulkitse tekstiä juuri omalle mieltymyksellesi sopivalla tavalla :) Jos fotonin reittiä lähteen ja varjostimen välillä yritetään havaita, koko interferenssi häviää. Ts. ei ole mitään tapaa sanoa kummasta raosta hiukkanen kulki ilman että tutkittava ilmiö (interferenssi) itsessään hävitetään.

[mistral]

Havaittu todennäköisyysjakauma on prikulleen se, minkä yksittäinen, molemmista raoista läpi menevä fotoniaalto interferoidessaan tuottaa.

Tähän kvanttimekaniikan kohtaan on ainakin meikäläisellä vaikea päästä sisälle. Olenko ymmärtänyt oikein, että 1 fotoni  "koostuu" monesta kvantista (riippuen aallonpituudesta).  Ja kvantti on energian pienin mahdollinen "paketti" ja se on vakiokokoinen. (tarkoitan sähkömagneettisen vuorovaikutuksen kvantti)
No, näillä oletuksilla tulee mieleen sellainen ajatus, että jos fotoni koostuu esim. 100 kvantista, niin 50 menisi vasemmasta raosta ja loput 50 menisi oikeasta raosta läpi ja nämä kvantit interferoisivat keskenään. (Tiedän kyllä, että kvantit eivät ole objekteja, mutta kaikkea se ihminen yrittää )

[Kaizu]

Fotoni on se kvantti. Taajuus/ aallonpituus määräytyy energiasisällön mukaan.

Kaizu

[mistral]

Fotoni on se kvantti. Taajuus/ aallonpituus määräytyy energiasisällön mukaan.

Kaizu

Jostain kouluajoilta oli jäänyt takaraivoon se, että kvantti on pienin mahdollinen energian paketti. Tätä taustaa vasten tuntui oudolta, että fotoni, joka energisyydessä voi olla biljoonakertainen toiseen fotoniin verrattuna, olisi yhtä kuin kvantti. No, uskottava se on.

Yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, ja menee molempien rakojen läpi interferoiden itsensä kanssa.

Jos yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, niin sen energiatiheys pienenee koko ajan ja häviää nopeasti olemattomiin. Eli onkohan tässä aallon tehtävänä ainoastaan informaation siirtäminen (jos se ei kuluta energiaa) Energian siirtäminen taas olisi hiukkasen tehtävä.

[RJ]

Jostain kouluajoilta oli jäänyt takaraivoon se, että kvantti on pienin mahdollinen energian paketti. Tätä taustaa vasten tuntui oudolta, että fotoni, joka energisyydessä voi olla biljoonakertainen toiseen fotoniin verrattuna, olisi yhtä kuin kvantti. No, uskottava se on.

Yleisesti ottaen fotonilla voi olla mikä energia (eli aallonpituus eli taajuus) tahansa, mutta esim. atomin elektronien energiatasot voivat saada vain tiettyjä arvoja (alunperin Planckin kvanttihypoteesi). Kvantittuminen näkyy nimenomaan sidotuissa systeemeissä, ei niinkään vapailla hiukkasilla.

Jos yksittäisen fotonin aalto on levinnyt koko avaruuteen, niin sen energiatiheys pienenee koko ajan ja häviää nopeasti olemattomiin. Eli onkohan tässä aallon tehtävänä ainoastaan informaation siirtäminen (jos se ei kuluta energiaa) Energian siirtäminen taas olisi hiukkasen tehtävä.

Todennäköisyysaaltoa ei voi suoraan havaita, ainoastaan sen interferenssi on kaksoisrakokokeessa nähtävissä. Valolähteessä fotoni synnytetään diskreettinä energiapakettina, jonka jälkeen se aaltomaisesti siirtyy systeemin läpi, ja taas jälleen kasaantuu diskreetiksi pisteeksi osuessaan varjostimelle. Tämä on todella ihmeellinen asia, mutta malli on silti aika yksinkertainen ja tarkka..

[vessix]

Jos kysytään MISSÄ tuo alkuräjähdys tapahtui, yleensä vastaus on, että kaikkialla maailmankaikkeudessa... mutta asian voi tulkita toisinkin.
Ilmapallo -vertaus antaa hyvän esimerkin. 2-ulotteiset olennot asuvat pallon pinnalla ja oppivat ajan kanssa, että heidän maailmankaikkeutensa pallopinta laajenee koko ajan - herää kysynys, missä on alkupiste, josta kaikki alkoi laajentua. Se on tietenkin siellä ilmapallon keskustassa, mutta se ei ole enää osana heidän maailmankaikkeuttaan, vaan on sen "ulkopuolella".
Alkuräjähdyspiste siis on "jossakin", muttei meidän 3-ulotteisessa maailmankaikkeudessamme, vaan neljännessä ulottuvuudessa (onko se sitten aika, jota emme kokonaisuutena havaitse). Kaikki olemassa oleva on kuitenkin sijainnut aluksi tuossa yhdessä pisteessä - aivan kuten ilmapallon pinnan jokainen piste on sijainnut samassa pisteessä, ennen kuin pallo alkoi kasvaa.

Näin itse "maalaisjärjellä" yritän havainnollistaa tuota maailmankaikkeuden mystistä syntyä ja laajenemista

[Reijo Teränen]

Tuo sinun teoriasi on aivan yhtä hyvä kuin mikä teoria hyvänsä , Maa on mailman keskus ja kaikki muut kiertävät sitä , sekin oli teoria. Tällä hetkellä on voimassa alkuräjähdys teoria ja sadan vuoden päästä joku toinen teoria ,ei kannata ottaa kovin vakavasti noita teorioita . Ei tuskin koskaan päästä perimmäisiin syihin mailman mailmankaikkeuden synnystä , jos se yleensä on syntynyt , ehkä se on ollut aina .

[jussi_k_kojootti]

Tällä hetkellä on voimassa alkuräjähdys teoria ja sadan vuoden päästä joku toinen teoria ,ei kannata ottaa kovin vakavasti noita teorioita .

Jos (kukaan) ei ota vakavasti kulloinkin 'parasta' teoriaa, ei sadankaan vuoden päästä ole parempaa tarjolla.

Laajemmin aiheesta David Deutschin suomennetussa 'Todellisuuden rakenne'.  'Parhaan' teorian kriteeriksi hän määrittelee teorian selitysvoimaisuuden.

[vessix]

Ilmapallo teoria myös vastaa yksinkertaisesti kaikkiin ongelmiin - ilman kvanttifysikaalisia lisäyksiä... Missä on painovoimaa, siellä 'pallon' pinta kaareutuu kuopalle, ja pallon pinnalla mönkivä 2-ulotteinen mato ihmettelee asiaa, matka naapuriin ei välttämättä olekaan lyhin ns.suorinta tietä. - Sama toimii meidän maailmankaikkeudessamme, mutta yhden lisäulottuvuuden vallitessa... Ja aikakaan ei teorioiden mukaan kulje yhtä nopeasti siellä, missä on suuria painovoimia. Aika on juuri tuo ilmapallon kolmas ulottuvuus, paino vastustaa pallon laajenemista (ajan kulumista)....

[mistral]

Jos kysytään MISSÄ tuo alkuräjähdys tapahtui, yleensä vastaus on, että kaikkialla maailmankaikkeudessa... mutta asian voi tulkita toisinkin.
Ilmapallo -vertaus antaa hyvän esimerkin. 2-ulotteiset olennot asuvat pallon pinnalla ja oppivat ajan kanssa, että heidän maailmankaikkeutensa pallopinta laajenee koko ajan - herää kysynys, missä on alkupiste, josta kaikki alkoi laajentua. Se on tietenkin siellä ilmapallon keskustassa, mutta se ei ole enää osana heidän maailmankaikkeuttaan, vaan on sen "ulkopuolella".
Alkuräjähdyspiste siis on "jossakin", muttei meidän 3-ulotteisessa maailmankaikkeudessamme, vaan neljännessä ulottuvuudessa (onko se sitten aika, jota emme kokonaisuutena havaitse). Kaikki olemassa oleva on kuitenkin sijainnut aluksi tuossa yhdessä pisteessä - aivan kuten ilmapallon pinnan jokainen piste on sijainnut samassa pisteessä, ennen kuin pallo alkoi kasvaa.

Näin itse "maalaisjärjellä" yritän havainnollistaa tuota maailmankaikkeuden mystistä syntyä ja laajenemista

Itse olen ymmärtänyt alkuräjähdyksen todellakin tapahtuneen kaikkialla maailmankaikkeudessa (teorian mukaan).  Teoria ymmärtääkseni menee niin, että ensin pienessä pisteessä tapahtuu "alku-alkuräjähdys". Sen jälkeen tapahtuu "superinflaatio" (T-a 1/2009  Inflaation standardimalli horjuu), joka kestää vain 10 potenssiin -32 sekuntia. Kun nyt inflaatio on kasvattanut avaruuden miljardien valovuosien suuruiseksi, tapahtuu alkuräjähdyksen kakkosvaihe: "alkuräjähdys kaikkialla". Ymmärtääkseni  juuri kosmisen taustasäteilyn tasaisuus kaikissa avaruuden suunnissa on tuonut kosmologiaan tämän "superinflaation" mallin. Jos alkuräjähdys olisi tapahtunut  yhdessä paikassa, niin taustasäteily olisi epätasaista (jos sitä ylipäänsä olisi jäljellä)

Järkeilemällä tähän on tultu, mutta kukaan ei voi matkustaa ajassa taaksepäin toteamaan, että menikö asiat niin

Korjatkaa, jos olen metsässä.

[Tuoli]

Arthousen QED-suomennoksen sivulla 52 selostetaan koetta jolla varmistetaan että peilin kaikki osat heijastavat valoa. Lähtökohtana siinä on että heijastuessaan peilistä valonsäde ei kulje ainoastaan ilmeisntä reittiä vaan kaikkia mahdollisia reittejä. Todistelusta syntyy sitten difraktiohila.

Kaizu

En tosiaan tiedä, mitä termejä tuo suomennos käyttää, mutta katsoin Feynmanin alkuperäistekstistä (1985), joka on julkaistu 1990, mitä herra Feynman tarkalleen ottaen sanoo. Pari sitaattia:

Sivut 53-54:
"Let's put a source and photomultiplier at S and P (see Fig. 32), and look at all the ways the light could go-in all sorts of crooked paths-to get from the source to the detector. Then we draw a little arrow for each path, and we're learning our lesson well."

En siis tiedä, miten tämä on suomennettu, mutta on aivan uskomatonta, jos joku ajattelee Feynmanin tarkoittavan yhden fotonin kulkemista kaikkia mahdollisia reittejä yhtä aikaa, sillä hänhän puhuu puhuu valon kaikista mahdollisista reiteistä eli kaikkien fotonien mahdollisesti noudattamista reiteistä, joka on täysin eri asia kuin se, että yksittäinen fotoni kulkisi kaikkia reittejä yhtä aikaa. Sitten hän viittaa tuohon aika näppärään todennäköisyyslaskentamenetelmäänsä, jolla voidaan hahmottaa valon todennäköisimmät reitit, ei siis yksittäisen fotonin.

Kuvateksti sivu 55:
"Light travels in not just the straigth-line path, but in the nearby paths as well."

Tämäkinhän on selvää kuin pläkki. Hän puhuu koko ajan valon kulkemisesta kaikkia mahdollisia reittejä, ei siis yksittäisen fotonin.