Maailmankaikkeuden synty

[Kaizu]

Yksi fotoni on pienin yksikkö valoa. Eli hyvin vähän mutta valoa kuitenkin. Inteferenssikokeessa tutkittiin nimenomaan yksittäisten fotonien kulkua.
En näe mitään omituista siinä että fotoni kulkisi monia reittejä samanaikaisesti.
Kun keksitään keino siirtää makrokokoisia olioita ajassa taaksepäin, voidaan kysyä Feinmanilta mitä hän oikein tarkoitti.
Minusta kysymys ei ole fotonin kummallisuudesta vaan meidän kyvystämme ymmärtää asia. Meidän ymmärryksemme perustuu makrokokoisten kikkareiden käyttäytymiseen eli tilanteeseen jossa yksittäiset aaltofunktiot ovat jo romahtaneet ja osaset ovat löytäneet paikkansa.

Kaizu

[Tuoli]

Yksi fotoni on pienin yksikkö valoa. Eli hyvin vähän mutta valoa kuitenkin. Inteferenssikokeessa tutkittiin nimenomaan yksittäisten fotonien kulkua.
En näe mitään omituista siinä että fotoni kulkisi monia reittejä samanaikaisesti.
Kun keksitään keino siirtää makrokokoisia olioita ajassa taaksepäin, voidaan kysyä Feinmanilta mitä hän oikein tarkoitti.
Minusta kysymys ei ole fotonin kummallisuudesta vaan meidän kyvystämme ymmärtää asia. Meidän ymmärryksemme perustuu makrokokoisten kikkareiden käyttäytymiseen eli tilanteeseen jossa yksittäiset aaltofunktiot ovat jo romahtaneet ja osaset ovat löytäneet paikkansa.

Kaizu

Feynman ei ko. teoksessaan yhdessäkään kohdassa sekoita käsitteitä. Silloin, kun hän puhuu yksittäisistä fotoneista, hän käyttää aina käsitettä "photon" ja silloin, kun hän puhuu valosta yleensä eli suuresta määrästä fotoneja, hän käyttää aina termiä "light".

[jussi_k_kojootti]

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,

Valomonistimen käyttö kyllä viittaa siihen että nimenomaan yksittäisitä fotoneista on kysymys.

Tämän enempää  en nyt pysty osallistumaan kun QED on mökillä ja sen lukemisestakin on jo liian kauan.  Myöskään Feynmanin lopullinen kanta teoriansa tulkinnoista ei ole ainakaan minulle tullut lopullisen selväksi, herran suuhun on postyymisti laitettu niin many-worlds -tulkinnan tukemista kuin sen epäilyäkin.

[mistral]

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.

Tässä herää myös kysymys siitä, että kuinka tähdet näkyvät hyvin pistemäisinä, vaikka valo on matkustanut pitkiä matkoja. Tarkoitan, jos valo voi muuttaa suuntaa "mielivaltaisesti", niin kuinka kaukaiset tähdet yleensä voivat näkyä meille?

[Jarkko.A]

^ Pitänee muistaa että tähti on moninkertaisesti suurempi kuin mikään ihmisen valmistama laite jolla sitä havaitaan. Siten ei ole merkitystä sillä jos osa fotoneista muuttaa suuntaansa. Suuntaansa muuttanut fotoni ei osu kaukoputkeen joten se ei muuta sitä kuvaa mitä siihen osuvat fotonit muodostavat. Myöskään sillä ei ole merkitystä onko tähdestä lähtöisin oleva fotoni harhaillut matkallansa, se vain muuttaisi kokonaisintensiteettiä tietyn aikavälin sisällä. Ja oletettavasti kun fotoneja lähtee älyttömiä määriä, tapahtuvat kiertelemiset hukkuvat satunnaisuuksiin.

[Kaizu]

Tässä herää myös kysymys siitä, että kuinka tähdet näkyvät hyvin pistemäisinä, vaikka valo on matkustanut pitkiä matkoja. Tarkoitan, jos valo voi muuttaa suuntaa "mielivaltaisesti", niin kuinka kaukaiset tähdet yleensä voivat näkyä meille?

Mistä tämä idea että fotoni muuttaa mielivaltaisesti suuntaansa on lähtöisin?

Kaizu

[mistral]

Mistä tämä idea että fotoni muuttaa mielivaltaisesti suuntaansa on lähtöisin?

Kaizu

Idea on Tuolin tekstistä

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.

Eikös tässä  anneta ymmärtää, että fotoni  voi  mennä mitä erilaisimpia reittejä  S:stä P:hen ?

[jussi_k_kojootti]

Eikös tässä  anneta ymmärtää, että fotoni  voi  mennä mitä erilaisimpia reittejä  S:stä P:hen ?

No joo, mutta se ei tarkoita sitä että fotoni muuttaisi suuntaansa mielivaltaisesti (tai että se ylipäätään lainkaan muuttaisi suuntaansa, paitsi kohdatessaan voimakkaan gravitaatiokentän, kohdatessaan peilin (heijastuminen, reflektio) tai kulkiessaan taitekertoimesta toiseen (taittuminen, refraktio)).

Fotonin reitit liittyvät kvanttielektrodynamiikan ja yleisemminkin kvanttifysiikan polkuintegraalimenetelmään.  Kyse on pohjimmiltaan matemaattisesta mallista, joka vaatii tulkinnan ennen kuin se kertoo (oikeastaan mitään) havaittavasta todellisuudesta.  "Mitä erilaisimpien reittien" merkitys siis riippuu käytettävästä tulkinnasta.  Perehtymisen kvanttifysiikan tulkintoihin voi aloittaa esimerkiksi Ursan suomennettuna julkaisemasta "Atomien haamu, kvanttifysiikan tulkintoja" (Davies P. C. W. - Brown J. R.).  Aihe on varsin laaja ja monisyinen, eikä asiaa helpota sekään että edes alan ammattilaisten eli (teoreettisen) fysiikan tutkijoiden keskuudessa ei vallitse konsensus "oikeasta" tulkinnasta (jotkut, joskaan ei välttämättä fyysikot, jopa epäilevät onko "oikeaa" tulkintaa olemassakaan -- tai että tarvitaanko sellaista).  "Atomien haamu" on kuitenkin yleistajuinen ja puolueeton, vaikkakin joiltain osin kenties hieman vanhentunut, katsaus tunnetuimpiin tulkintoihin ja pääperiaatteisiin.  Myös Kari Enqvistin "Olemisen porteilla" käsittelee kvanttifysiikan tulkintoja laajasti.

Erään tulkinnan mukaan nuo polkuintegraalin "mitä erilaisimmat reitit" ovat todellisia reittejä rinnakkaisissa universumeissa -- ja meidän universumimme on kaikkien muiden rinnakkaisuniversumien näkökulmasta "rinnakkainen universumi".  "Mitä erilaisimpien reittien" joukko on ääretön, mutta silti rajattu fysikaalisesti mahdollisiin.

Kvanttiteoria -- ei siitä voi puhua, mutta miten siitä voi vaietakaan! ;-D

[vesku55v]

  Joskus kauan sitten opiskelin fysiikkaa ja silloin sanottiin fotonilla olevan 2 ERI olomuotoa; hiukkanen tai sähkömagneettinen sätäily.
Näitä "olomuotoja" tarvittiin selittämään esim valon taipuminen gravitaatiokentässä tai taittuminen eri materiaaleissa.

Eipä taida enään olla näin ??
t vesa k

[jussi_k_kojootti]

Joskus kauan sitten opiskelin fysiikkaa ja silloin sanottiin fotonilla olevan 2 ERI olomuotoa; hiukkanen tai sähkömagneettinen sätäily.
Näitä "olomuotoja" tarvittiin selittämään esim valon taipuminen gravitaatiokentässä tai taittuminen eri materiaaleissa.

Eipä taida enään olla näin ??

Erillisiä nuo "olomuodot" tai pikemminkin "olemukset" ei ole koskaan olleet, vaan fotonilla ja muilla alkeishiukkasilla (sekä alkeishiukkasista koostuvilla suuremmillakin, mutta silti mikro- tai pikemminkin nanomaailman kappaleilla) on ns. dualistinen luonne, ne ovat yhtä aikaa SEKÄ hiukkasia ETTÄ aaltoja.  Fysiikan harjoitustehtävissä ja esimerkeissä näitä kyllä käsitellään välillä ikään kuin olisivat JOKO hiukkasia TAI aaltoja.

Ilmeisesti me ihmisenmöhkäleetkin alkeishiukkasista koostuvina olemme teorian mukaan dualistisia, mutta aallonpituutemme on vain n. 10^-37 m (sadasosa niinsanotusta Planckin pituudesta) -- ainakin parikymmentä kertaluokkaa lyhyempi kuin mitä ainakaan tällä hetkellä voidaan mitata.

[mistral]

Fotonin reitit liittyvät kvanttielektrodynamiikan ja yleisemminkin kvanttifysiikan polkuintegraalimenetelmään.  Kyse on pohjimmiltaan matemaattisesta mallista, joka vaatii tulkinnan ennen kuin se kertoo (oikeastaan mitään) havaittavasta todellisuudesta.  "Mitä erilaisimpien reittien" merkitys siis riippuu käytettävästä tulkinnasta.  

Jos puhutaan todennäköisyysaallosta, eikö siinä todennäköisyys fotonin paikan löytymiselle laske, mitä sivummalle mennään suorasta linjasta? Tässä tulkinnassa fotoni muuttaisi suuntaansa omin päin.
Onko sitten olemassa sellainen tulkinta, jossa todennäköisyysaalto ei tarkoita poikkeamaa suorasta linjasta, vaan jotakin muuta?

Ainakin kaukaisten kohteiden havainnot puhuvat sen puolesta, että sädekimppu ei miljardienkaan vuosien kuluttua hajoa olemattomiin.

[jussi_k_kojootti]

Jos puhutaan todennäköisyysaallosta, eikö siinä todennäköisyys fotonin paikan löytymiselle laske, mitä sivummalle mennään suorasta linjasta? Tässä tulkinnassa fotoni muuttaisi suuntaansa omin päin.

Ei muuta suuntaansa, vaan kulkee suoraviivaisesti äärellisen paksuisen putken sisällä (versus että kulkisi pitkin viivaa). En tiedä kuinka paksun, tai muutenkaan yksityiskohtia, mutta heitän lonkalta että alle nanometrin.

Edit:  tässä ja aiemmassa vastauksessa Mistralille puhun siis kaukaisesta tähdestä tulevasta valosta, en kaksoisrakokeesta.  Vastaan siis pohjimmiltaan tähän:

Tässä herää myös kysymys siitä, että kuinka tähdet näkyvät hyvin pistemäisinä, vaikka valo on matkustanut pitkiä matkoja. Tarkoitan, jos valo voi muuttaa suuntaa "mielivaltaisesti", niin kuinka kaukaiset tähdet yleensä voivat näkyä meille?

[jaava]

Jos puhutaan todennäköisyysaallosta, eikö siinä todennäköisyys fotonin paikan löytymiselle laske, mitä sivummalle mennään suorasta linjasta? Tässä tulkinnassa fotoni muuttaisi suuntaansa omin päin.
Onko sitten olemassa sellainen tulkinta, jossa todennäköisyysaalto ei tarkoita poikkeamaa suorasta linjasta, vaan jotakin muuta?

Kun fotoni kulkee esimerkiksi raosta, niin sen liikesuunta raon jälkeen on mahdotonta ennustaa tarkasti. Sille voidaan antaa vaan todennäköisyysaaltoa vastaavia paikkoja ohituksen jälkeen. Itse liike on tällöin kuitenkin "suoraa" etenemistä, eikä se tee esimerkiksi piruetteja matkalla. Todennäköisyys että fotoni tekee raossa 90-asteen mutkan on hyvin pieni, mutta mahdollinen.

Todennäköisyysaalto ei merkitse suoraa linjaa tai poikkeamaa siitä, vaan paikkaa fotonille.

[Tuoli]

Kun fotoni kulkee esimerkiksi raosta, niin sen liikesuunta raon jälkeen on mahdotonta ennustaa tarkasti. Sille voidaan antaa vaan todennäköisyysaaltoa vastaavia paikkoja ohituksen jälkeen. Itse liike on tällöin kuitenkin "suoraa" etenemistä, eikä se tee esimerkiksi piruetteja matkalla. Todennäköisyys että fotoni tekee raossa 90-asteen mutkan on hyvin pieni, mutta mahdollinen.

Todennäköisyysaalto ei merkitse suoraa linjaa tai poikkeamaa siitä, vaan paikkaa fotonille.

Todennäköisyystulkinta valon liikkeestä on Feynmaninkin mukaan aivan ok. Hän kuvaa valon liikettä QED:ssä seuraavasti:

So the idea that light goes in the straigth line is a convenient approximation to describe what happens in the world that is familiar to us...

Siis todennäköisin fotonien reitti on se suora linja, muut reitit ovat epätodennäköisempiä. Feynman ilmeisesti pitää kuitenkin mahdollisena, että valo voisi kulkea pisteestä A pisteeseen B muitakin kuin suoria linjoja, mutta suora linja on todennäköisin ja siten hallitseva. Tähän hän ei kuitenkaan anna yksiselitteistä vastausta, ainakaan QED:n kyseisessä kohdassa, vaan käsittelee ongelmaa aika abstraktilla tasolla sillä laskentametodillaan, jossa vain ikäänkuin oletetaan muutkin reitit kuin suora linja mahdollisiksi.

Se kait kuitenkin on selvää, että Feynman ei missään vaiheessa oleta yhden fotonin jakautuvan kaikille mahdollisille reiteille, vaan koko ajan on kyse valon kaikkien fotonien jakautumisen mahdollisuudesta, jolloin yksi fotoni kulkee vain yhtä reittiä.

[jussi_k_kojootti]

Lisätään soppaan (puuroon? :)) vielä seuraava:

Fotonit ei (lähes koskaan) vuorovaikuta keskenään.  TV+Radiota, tai tähtien näkymistä kosmisen taustasäteilyn seasta voi olla vaikea selittää, jos sallii fotoni-fotoni vuorovaikutukset ....  Siis triljoonista (ja taas triljoonista) fotoneista koostuvassa valonsäteessä yksittäiset fotonit sujahtalee toistensa "läpi" kuin ei mitään.  Yksittäiset fotonit ei siis myöskään interferoi keskenään.  Kaksoisrakokokeen interferenssikuvio syntyy fotoneiden interferoitua _itsensä_ kanssa.