Maailmankaikkeuden synty

[RJ]

Nyt mennään jo ohi ketjun aiheen, mutta ei kai se niin tarkkaa ole..

Toisaalta sanotaan, ettei savua ilman tulta ja voi olla, että jos on totta, että tekijät ovat korjanneet kahta viimeistä lausetta, on niissä voinut olla jotain, mikä olisi saattanut oikeuttaakin kohuun. Onhan artikkelin alussa kuitenkin edelleen esitetty parissa kohtaa hieman monitulkintainen ajatus.

Tieteellisiin artikkeleihin kirjoitetaan tarkoituksella spekulatiivista sisältöä. Sen tarkoituksena on toimia keppinä, jolla kokeillaan jäätä aikaisemmin tuntemattomalla tai huonosti tunnetulla alueella. Aika näyttää mitkä spekulaatiot saavat vahvistusta. Eli samankaltaisia lööppejä saadaan varmuudella tulevaisuudessakin, joten pitäkää varanne miten suhtaudutte lukemaanne tieteen keltaisessa lehdistössä :)

Kyllähän R.Feinmann, teoksessaan QED, kertoo että fotoni kulkee kaikkia mahdollisia reittejä kunnes silmä sen vangitsee.

Tässä oikeastaan kiteytyy osuvasti se, mitä itse kutsun niin sanotusti kvanttifysiikan mystiseksi tulkinnaksi. Minun käsitykseni mukaan rationaalinen tulkinta on sitä, että kvanttifysiikka kuvaa onnistuneesti hiukkasen kaikkia mahdollisia reittejä, mutta faktisesti se kulkee vain yhtä reittiä. Jos taas ajattelemme suurta määrää hiukkasia, niin ne yhdessä täyttävät nämä kaikki mahdolliset reitit, mutta kukin niistä erikseen kulkee siis vain yhtä reittiä.

Selitystä sille, miksi hiukkaset noudattavat satunnaisuutta ja sen perusteella laskettua todennäköisyysjakaumaa, en ainakaan minä pysty antamaan.

Kun fyysikko sanoo hiukkasen kulkevan kaikkia mahdollisia reittejä kahden eri pisteen välillä, hän tarkoittaa itseasiassa seuraavaa: polkuintegraalien muodossa ilmaistussa kvanttimekaniikkassa summataan hiukkasen kaikki mahdolliset reitit pisteiden välillä. Polkuintegraaleilla siis lasketaan kvanttimekaniikaa. Menetelmä pohjautuu pienimmän vaikutuksen periaatteeseen, jolla on keskeinen rooli modernissa fysiikassa.

Parhaimmillaan QED:n ennustuksia on testattu 12 desimaalin tarkkuudella, eikä eroa havaintoihin ole löydetty. Jokaisen täytyy itse päättää riittääkö tämä tarkkuus kertomaan sen, että luonnossa fotonit todella liikkuisivat kaikkia mahdollisia reittejä kahden eri pisteen välillä. Tulkinnoilla filosofointi voi olla kivaa, mutta on muistettava mistä itseasiassa on kyse: matemaattisista teorioista, joilla kuvataan luontoa.

[jaava]

Kuinkahan lähellä tämä on maaimankaikkeuden syntyä. No ehkä hieman liittyy sen ymmärtämiseen ainakin :D

Rakotesti elektroneilla

Itse ymmärtäisin asian niin, että tämä tilanne vastaa suuren elektronijoukon tilannetta, jossa elektronit yhdessä täyttävät kaikki kvanttiteorian aivan oikein ennustamat elektronien noudattamat todennäköiset radat. Vaikka elektronit lähetettäisiin peräkkäin, ne suuntautuvat satunnaisesti todennäköisyysjakauman mukaisille radoille ja tästä syystä minimit ja maksimit osuvat todennäköisyysjakauman mukaisiin kohtiin, vaikka elektronit eivät toisistaan mitään voi tietääkään.

Yhden elektronin tapauksessa todennäköiset radat siis huomioivat minimit ja maksimit, eli jakaumasta tulee kellokäyrämäinen jossa on summautuneena aaltoja. Kahden elektronin tapauksessa, jotka kohtaavat minimissä ja vuorovaikuttavat, jakauman on oltava mieluumminkin vain kellokäyrämäinen, siis ilman aaltoja. Eli tässä osataan jo ennustaa tulevaako .. hmm
Vai onko niin että minimeihin ei vaan mene (jakauman takia) yhtään elekronia. Tällöin vain maksimeissa voi tapahtua vuorovaikutustako.

Fotonit

Koe on myös helposti tehtävissä fotoneilla. Tarvitaan vain kaksi polaroivaa suodinta, LASER ja hyvä CCD-kamera (joka toimii fotonilaskurina), sekä rakomaski(t). Säädetään LASER-säteen intensiteettiä (polaroivien suodinten keskinäinen asento), kunnes saadaan fotoneita läpi luokkaa yksi per sekunti. Ja odotellaan tuloksia. Tiedämme siis montako fotonia on ammuttu ja montako fotonia detektoitu ja missä CCD-kaivossa. Lisäksi saamme kauniin diffraktion aiheuttaman interferenssikuvion CCD:ltä

Perinteisesti minimit ja maksimit selitetään fotoneilla syntyväksi vaihesiirrolla: Minimissä seon 180 (destruktiivinen interferenssi) ja maksimissa 0 (konstruktiivinen interferenssi). Lisäksi viitataan fotonin kykenevän interferoimaan itsensä kanssa, esimerkiksi harvakseltaan ammuttujen fotonien tapauksessa.
Miten tähän selitykseen ympätään se, että minimeihin ei edes fotoneita tule, koska todennäköisyysjakauma on sellainen (kuten ymmärrän sinun esittävän).

Testi onko kyseessä itseinterferenssi vai todennäköisyysjakauma
(amutaan fotoneita harvakseltaan rakoon, jonka läpäistyään ne menevät kahden seuraavan rinnakkaisen raon kautta ja osuvat CCD:lle)
1) Todennäöisyysjakauma: Jos todennäköisyysjakauma määrää minimit ja maksimit, niin ammuttaessa harvakseltaan fotoneita rakoon, tulisi CCD:n kaivoissa detektoida yhtä monta fotonia kuin on ammuttukin, koska minimieihin ei osu yhtään ja loput detektoidaan.
2) Itseinterferenssi: Jos fotoneita ei voida detektoida CCD:llä, koska ne interferoivat itsensä kanssa minimeissä, niin vain keskelle maksimia osuneet fotonit detektoidaan kaikki. Joten ammutuista fotoneista vain osa detektoidaan CCD-kaivoissa.

Mietityttää 1

Mietin tässä kuinka tuo edellinen toimii yhden raon testissä. Jos fotoneita tulee paljon (säteellä on intensiteettiä kunnolla), niin syntyy interferenssikuvio jossa minimeitä ja maksimeita. Jos fotoneita ammutaan yksitellen, pitäisi interferenssikuvion syntyä edelleenkin.

Mietityttää 2

Jos kaksoisrakotestissä asetetaan rinnakkain olevat raot ensimmäisessä raossa syntyneiden minimien kohdalle, niin meneekä CCD:lle yhtään fotonia.

JV

PS. Olisi mukava saada joku havainnollinen (naiivi) selitys itseinterferenssille. Miten olla itsensä kanssa vaihesiirrossa ja muuttua näkymättömäksi ;D

[jaava]

Pientä ajatuskoetta vielä kehiin:

Kun yhdistetään kahden (tai useammankin) teleskoopin kuvat (interferometria), saadaan tulokseksi kuva, joka vastaa resoluutioltaan teleskoopin kuvaa jonka apertuuri on eo. teleskooppien välimatka. Teleskoopit voivat sijaita avaruudessa esimerkiki 1AU etäisyydellä toisistaan. Koska interferenssikuvion minimit määräytyy pelkästään valon aallonpituuden ja apertuurin perusteella, on tuollaisessa interferometrissä minimeiden välimatka todella pieni.

Jos nyt lähetetään kumpaankin teleskooppiin (tai järjestelmän kaikkiin), vuorotellen, fotoni kerrallaan, pistemäisen kohteen valoa, niin onko tuloksena interferenssikuvio yhtä kuin koko järjestelmän interferenssikuvio. Jos on, niin mistä se fotoni tietää mitään siitä toisesta (tai niistä muista interferometrijärjestelmään kuuluvista) teleskoopeista? Kuinka se osaa kohdatessaan teleskoopin järjestää todennäköisyyskäyränsä vastamaan interferometrijärjestelmää, tai kuinka se osaa interferoida itsensä kanssa järjestelmän määräämällä tavalla.

JV

[Tuoli]

Rakotesti elektroneilla

Yhden elektronin tapauksessa todennäköiset radat siis huomioivat minimit ja maksimit, eli jakaumasta tulee kellokäyrämäinen jossa on summautuneena aaltoja. Kahden elektronin tapauksessa, jotka kohtaavat minimissä ja vuorovaikuttavat, jakauman on oltava mieluumminkin vain kellokäyrämäinen, siis ilman aaltoja. Eli tässä osataan jo ennustaa tulevaako .. hmm
Vai onko niin että minimeihin ei vaan mene (jakauman takia) yhtään elekronia. Tällöin vain maksimeissa voi tapahtua vuorovaikutustako.

.......................

Miten tähän selitykseen ympätään se, että minimeihin ei edes fotoneita tule, koska todennäköisyysjakauma on sellainen (kuten ymmärrän sinun esittävän).

Testi onko kyseessä itseinterferenssi vai todennäköisyysjakauma
(amutaan fotoneita harvakseltaan rakoon, jonka läpäistyään ne menevät kahden seuraavan rinnakkaisen raon kautta ja osuvat CCD:lle)
1) Todennäöisyysjakauma: Jos todennäköisyysjakauma määrää minimit ja maksimit, niin ammuttaessa harvakseltaan fotoneita rakoon, tulisi CCD:n kaivoissa detektoida yhtä monta fotonia kuin on ammuttukin, koska minimieihin ei osu yhtään ja loput detektoidaan.
2) Itseinterferenssi: Jos fotoneita ei voida detektoida CCD:llä, koska ne interferoivat itsensä kanssa minimeissä, niin vain keskelle maksimia osuneet fotonit detektoidaan kaikki. Joten ammutuista fotoneista vain osa detektoidaan CCD-kaivoissa.

Mietityttää 1

Mietin tässä kuinka tuo edellinen toimii yhden raon testissä. Jos fotoneita tulee paljon (säteellä on intensiteettiä kunnolla), niin syntyy interferenssikuvio jossa minimeitä ja maksimeita. Jos fotoneita ammutaan yksitellen, pitäisi interferenssikuvion syntyä edelleenkin.

Mietityttää 2

Jos kaksoisrakotestissä asetetaan rinnakkain olevat raot ensimmäisessä raossa syntyneiden minimien kohdalle, niin meneekä CCD:lle yhtään fotonia.

JV

PS. Olisi mukava saada joku havainnollinen (naiivi) selitys itseinterferenssille. Miten olla itsensä kanssa vaihesiirrossa ja muuttua näkymättömäksi ;D

Sinänsä hyvä, että joku pystyy suunnittelemaan ja ehkä toteuttamaankin joitain koejärjestelyjä asian tiimoilta. Itse en siihen pysty, koska tulen kuitenkin alan ulkopuolelta ja oma kriittinen asenteeni kvanttifysiikkaan lähtee kyllä yleisemmistä filosofisista rationaalisuuden kriteereistä eikä koejärjestelyistä, joita en osaisi edes toteuttaa.

Katsoin Teemalta todella mainion dokumentin Galileista, joka kokeellisesti vähitellen pystyi hyvin vakuuttavasti kumoamaan katolisen kirkon dogmaattiset opit luonnosta. Itse olen omine arvosteluineni hiukan tämän katolisen kirkon asemassa siinä mielessä, että kritiikkini lähtee luonnontieteen ulkopuolisista lähtökohdista eikä erilaisista kokeista. Tosin minun jauhoni ovat siinä mielessä puhtaammat kuin kirkolla, että käsitykseni juontuvat kuitenkin yleensä tieteen traditioista ja olen valmis myöntämään virheeni, jos ne riittävän vakuuttavasti todetaan.

Joka tapauksessa tajusin aika nopeasti, että edellisessä viestissä esittämäni  oletus ei voi olla riittävä selittämään interferenssikuviota. Lähtökohtaa pidän kuitenkin edelleen hyvänä siinä mielessä, että vaikka elektronit lähetettäisiin peräkkäin, niin ne eivät lähde samalle radalle, vaan kaikille mahdollisille todennäköisyysjakauman mukaisille radoille. Siis kukin elektroni jollekin radalle.

Perinteisestihän interferenssikuviota on ymmärtääkseni selitetty rakokokeessa olettamalla, että yhtäaikaa rakoon tulevat useat hiukkaset vuorovaikuttavat toistensa kanssa. Tämä kuitenkin herätti mielessäni kysymyksen, että miksi tämä interferenssi havaitaan tällaisena lähinnä vain näissä rakokokeissa. Eikö sen pitäisi olla kaikkialla hyvin havaittavissa oleva ilmiö. Tietoni alasta eivät tosin ole niin laajat, että tietäisin varmasti, että sitä ei myös muulloin tässä muodossa havaittaisi, vaikka olenkin asiaan törmännyt lähinnä tämän rakokokeen yhteydessä. En ole esim. varma, onko kaukoputkien interferometriassa kyse samasta ilmiöstä, sillä siinähän ei synny interferenssikuviota, vaan kokonainen kuva kohteesta.

Lisäksi tämä itseinferenssi on minulle aika vieras käsite, eikä tunnu välttämättä loogiselta. Niinpä mielessäni syntyi tällainen maallikon ajatus, ehkäpä juuri hieman naivi selitysmahdollisuus, jonka mukaan interferenssikuvion syntymisen kannalta ratkaisevaa olisikin itse rako, eikä hiukkasten välinen vuorovaikutus. Siis se piste, johon hiukkanen varjostimella päätyy, määräytyisikin vuorovaikutuksesta raon, eikä toisten hiukkasten kanssa. Toivon, että ajatus otettaisiin vakavasti, sillä se selittäisi erinomaisesti sen, miksi peräkkäinkin lähetetyt elektronit muodostavat interferenssikuvion, vaikka niillä ei ole ollut mahdollisuutta vuorovaikuttaa muiden hiukkasten kanssa. Niiden osuminen tiettyihin pisteisiin johtuisi siis vuorovaikutuksesta raon kanssa.

Tiedämmehän yleisesti, että jonkin aineen pinta on erilaisissa vuorovaikutuksissa lähiympäristönsä kanssa. On olemassa kaikenlaisia koheesiovoimia, sähköistä vuorovaikutusta, magneettista vuorovaikutusta, jopa heikkoa gravitaatiota ymv. ja lisäksi voi myös olla vuorovaikutuksia, joita emme vielä tunne. Jos ajattelemme konkreettisesti peräkkäin lähetettyjä elektroneja, niin kukin niistä lähestyy rakolevyä rataansa. Todennäköisyysjakauma määrää, millä  radoilla levyä lähestyisi eniten hiukkasia. Osa hiukkasista törmää levyyn, osa niistä läpäisee raon aivan reunojen läheltä, osa taas aivan raon keskeltä jne.. Tämä raon läpäisypisteen sijainti määräisi sen, mihin kohtaan varjostimella hiukkanen päätyy, jolloin interferenssikuvion syntymiseen ei tarvittaisi vuorovaikutusta muiden hiukkasten kanssa eikä minkäänlaista tulevaisuuden ennustamista siitä, mihin pyrkiä, siis hiukkaselta. Tosin hiukkaset elottomana aineena eivät yleensä voi mitään tietääkään sen kummemmin etu- kuin jälkikäteen. Ne vain noudattavat luonnonlakeja.

Toivottavasti ajatukseen suhtaudutaan vakavasti, vaikka se onkin maallikon esittämä, sillä se selittäisi aika monta asiaa erityisesti peräkkäin lähetettyjen hiukkasten tapauksessa. Lisäksi asiaa voitaisiin ehkä testata erilaisilla koejärjestetyiilä, esim. muuttamalla raon leveyttä tmv., mitä joku nerokas koeasetelmien kehittelijä voisi keksiä. Jos tulokset selittyisivät paremmin tällä periaatteella kuin hiukkasten välisellä vuorovaikutuksella, asiahan olisi pihvi. Ja täytyy myös muistaa, että hiukkasten väliseen vuorovaikutukseen perustuva malli ei selitä nytkään peräkkäin lähetettyjen hiukkasten tapausta muuta kuin olettamalla mielestäni irrationaalisesti, että yksi hiukkanen kulkee jakautuneena kaikille mahdollisille radoille.

Tässä nyt olisi yksi Jaavan toivoma ns. naivi selitysmalli, jota kuitenkin lienee mahdollista testata.

ps. Epäilen hiukan voiko kokeita esim. fotoneilla ja elektroneilla rinnastaa toisiinsa, ne ovat kuitenkin aika erilaisia. Esim. elektronin massa tunnetaan jo, mutta toistaiseksi fotoni ainakin oletetaan massattomaksi.

[jaava]

ps. Epäilen hiukan voiko kokeita esim. fotoneilla ja elektroneilla rinnastaa toisiinsa, ne ovat kuitenkin aika erilaisia. Esim. elektronin massa tunnetaan jo, mutta toistaiseksi fotoni ainakin oletetaan massattomaksi.

Jonkunlaisen interaktiivisen mallin noista on juku kehitellyt:
http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/singleslit.html

Tämä kuitenkin herätti mielessäni kysymyksen, että miksi tämä interferenssi havaitaan tällaisena lähinnä vain näissä rakokokeissa.

Kaukoputken kollimointi tähtitestillä perustuu nimenomaan difraktiota suraavaan interferenssiin. Putkeen vaan pistetään riittävästi vahvistusta että kuviot tulee tähden reunalla näkyviin.

En ole esim. varma, onko kaukoputkien interferometriassa kyse samasta ilmiöstä, sillä siinähän ei synny interferenssikuviota, vaan kokonainen kuva kohteesta.

Kyllä siinä vaikuttaa ihan sama diffraktio ja siitä seuraava interferenssi kuin yhdessäkin kaukoputkessa. Interferometrissä niiden mitta vaan määräytyy järjestelmän mittojen mukaan.

Lisäksi tämä itseinferenssi on minulle aika vieras käsite, eikä tunnu välttämättä loogiselta. Niinpä mielessäni syntyi tällainen maallikon ajatus, ehkäpä juuri hieman naivi selitysmahdollisuus, jonka mukaan interferenssikuvion syntymisen kannalta ratkaisevaa olisikin itse rako, eikä hiukkasten välinen vuorovaikutus.

Itseinterferenssi saattaa olla mun omasta sanageneraattorista, en muista olenko sitä tavannut. Tarkoitan sillä kuitenkin hiukkasen kykyä interferoida itsensä kanssa, mikä puolestaan ei ole minun ajatus.
Difraktio eli valon taipuminen raon kohdalla tai aukossa (esim kaukoputken apertuuri) aiheuttaa interferenssiä. Tästä on ollut keskustelua, onko difraktio nimen omaan fotonin ja materian välisen vuorovaikutuksen tulosta, vai voiko sitä esiintyä myös kentän vaikutuksesta. Esim LASER-säde diffraktoituu eli taipuu (säteestä ulospäin), koska siinä kulkee niin paljon fotoneita lähekkäin ja sitten laidalla hyvin nopeasti tiheys laskee nollaan. Jos kysymyksessä on aaltorintama, niin materian vaikutus näkyy rintaman taipumisena. Fysikaaliset/matemaattiset mallit nojaavat kuitenkin tuohon rakolähtöisyyteen (aaltorintama taipuu kohdatessaan esteen) - täytyy tietää jotain raosta, rakoon tulevista fotoneista ja siitä kuinka ne matkaavat kohteeseen, sekä siitä kuinka ne detektoidaan kohteessa. Ja lopputuloksena saadaan melkein poikkeuksetta matemaattinen härpäke, jota ei voi kuin ihmetellä. Ei ratkea analyyttisesti eikä mikään tietokone kykene numeerisesti laskemaan.

Kaitzu kirjoitti:
Tämä koejärjestely ei anna muuta tietoa yksittäisen fotonin käyttäytymisestä kuin että mihin se suurin piirtein päätyi ja milloin. Ko. fotonin lähtöhetkestä sen enempää kuin reitistäkään ei ole tietoa.

Tuolla kokeella oli tarkoitus vain saada kauniita kuvioita ja katsoa, onko interferenssi lähtöisin todennäköisyyskäyrästä, jossa on aaltoja vaiko itseinterferenssistä (mitä se sitten lieneekään).

Edelleen mietin tuota edellisessä viestissäni esittämääni interferometriä. Kuinka voi fotoni, joka iskeytyy sen yhteen kaukoputkeen, olla tietoinen 1AU:n päässä olevasta järjestelmän toisesta kaukoputkesta (sieltä kestää ainakin valolta tulla minuuttikaupalla kertomaan mitään järjestelmäparametreja ... jos fotoni sattuisi olemaan niistä kiinnostunut) ja järjestää detektorille lopulta interferenssikuvion, joka vastaa em. putkien välistä etäisyyttä. Tuo putkien välinen etäisyyshän nimenomaan määrää minimien etäisyyden toisistaan. Ja kääntäen verrannollisesti.

JV

[jaava]

Interferometrin rakenteesta parempi sanallinen selitys:

Se on kuin isosta kaukoputken peilistä otettaisiin palasia ja sijoitettaisiin niille paikoille, jossa itse peilissäkin olisivat olleet. Peilinpalasista saatava valo yhdistetään sensorille tullessa siten että niiden kulkema matka vastaa matkaa jonka ne olisivat isossakin kaukoputkessa kulkeneet.
Jos noita ison peilin sirpaleita on kaksi tai enemmän, ainoa ero alkuperäiseen isopeiliseen kaukoputkeen nähden on vain valonkeräyskyky. Joka sirpaleista kootussa interferometrissä vastaa sirpaleiden pita-alaa. Resoluutio on sama.

Eräs selitys diffraktiosta:

Jos pelkästään riittävän läheltä materiaa/estettä kulkevat fotonit diffraktoituu (esimerkiki alle fotonin aallonpituuden etäisyydeltä), tulee ongelma selittää diffraktiokuvion fotonimäärät. Esimerkiksi pistemäisen tähden diffraktiokuvion keskustan maksimi, airy-disk, vastaa noin 70% koko kuvion valosta. Luulisihan tähden valon jakaantuvan tasaisesti tullessaan pääpeilille, jolloin jos pelkästään peilin reuna kykenisi kääntämään alle aallonpituuden päähän osuvia fotoneita diffraktoivasti, niin ei saada kasaan 30% fotoneista (ja osa keskustan maksimiinkin osuvista on diffraktoitunut melkoisesti).

Eli diffraktion tulee tapahtua suuremmalla alueella apertuurista.

Seuraava selitys:

Diffraktio johtuu aaltorintaman epäjatkuvuuskohdasta (peilin tai raon reunassa syntyvässä). Reunan epäjatkuva kohta vaikuttaa viereisiin fotoneihin, ja lopulta koko aaltorintama peilin aluueelta diffraktoituu. Tällöin diffraktio tapahtuu millä tahansa valonsäteellä, jonka aaltorintamassa on epäjatkuvuuskohta. Onko jopa niin, että mikä tahansa aaltorintama diffraktoituu jos se ei ole suora. Tai suoruus on liian kova vaade, saattaa riittää että aaltorintaman käyryys ei ole vakio.
Miten sitten selität kokeen yksittäisillä fotoneilla tehtynä. Tarpeeksi monta fotonia peräjälkeen muodostaa saman diffraktiokuvion (kykenemättä vaikuttamaan toisiinsa), kuin valonsädekin.

Ihmettelyä:

Onko yksittäisellä fotonilla jonkinlainen kuvitteellinen aaltorintama, joka häiiriintyessään aiheuttaa fotonin diffraktion. Kuvitteellinen aaltorintama, jonka vaikutusetäisyys on paljon suurempi käytetyn valon aallonpituutta. Jonka vaikutusetäisyys interferometrissä voisi olla kilometrejä. Tai enemmänkin.

Radiotaajuuksillahan on tehty interferometrisia mittauksia, joissa antennien etäisyys on ollut maapallon halkaisija (jos muistan oikein). Optisella alueella on kokeiltu ainakin kymmenien jos ei satojen metrien etäisyyttä. Interferometrian on havaittu toimivan.

Vai liittyykö tähän jokin fysikaalinen ulottuvuus, jota ihminen ei vielä tunne.

Mun käsityksen mukaan nämä ilmiöt on ainakin esitettävissä tarkasti matemaattisilla malleilla, vaikkei yleistä ratkaisua niille olekaan. Ja vaikka ei oikein osata selittää kaikkia mallin piirteitä: Ovatko ne oikeita ilmiöitä vai pelkästään malliin kuuluvana virtuaaliilmiönä.

Mietiskelee,
JV

PS. Paras keskutelu on saada ihmisten mielipiteet esiin ja kehittyä siltä pohjalta uudeksi, tarkemmaksi ja paremmaksi keskusteluksi. Yhden ihmisen henskelien paukuttelu ta huuhaan tuputtaminen ei o mistään kotosin.

[Tuoli]

En tunne kaukoputkien toimintaa juuri ollenkaan, koska havaitsevaa tähtitiedettä en ole harrastanut muuta kuin prismakiikareilla, eikä diffraktiokäsitekään ole sen kummemmin tuttu. Kuitenkin saattaisi olla, että jos havaintoja tehdään kaukoputkilla tai toisaalta tehdään rakokoe, niin mekanismit eivät kuitenkaan ole täysin samat. Ainakaan en ole rakokokeen yhteydessä törmännyt diffraktion käsitteeseen, vaan vain interferenssiin, joten aivan samoista asioista ei liene kysymys, vaikkakin diffraktiosta seurannee interferenssikuvio käytettäessä useampia kaukoputkia.

Joka tapauksessa Jaavan alkuperäisestä kysymyksestä siitä, miten eri kaukoputkiin tulevat fotonit voivat tietää toistensa tilat niin, että ne voivat muodostaa interferenssikuvion, tuli mieleeni, että ne fotonithan tulevat putkiin eri kulmista. Sinänsähän ne kantavat mukanaan kaiken informaation, mitä valo voi mukanaan tuoda samasta kohteesta, vaikkakin hiukan eri näkökulmasta. Asetelmastahan muodostuu kolmio, jonka yhtenä kärkenä on havaittava kohde ja muina kärkinä kaukoputket.

Uskoisinkin, että se lisäinformaatio, mikä interferenssikuvion muodostumiseen tarvitaan, sisältyy yksinkertaisesti tähän eri putkiin tulevien fotonien erilaisiin tulokulmiin, joten mitään suoraa vuorovaikutusta fotonien välillä ei tarvita. Sitä, miten tämä tarkkaan ottaen toimii, en kuitenkaan osaa ruveta teoretisoimaan, vaan tarkemman selityksen löytämiseen tarvitaan kyllä fyysikon koulutuksen saaneita iihmisiä. Nämä eri tulokulmat ovat kuitenkin ainoa merkittävä tulevien fotonien välinen ero, jonka minä pystyin keksimään ja joka voisi sisältää tarvittavan informaation.

Lisäksi putkien välinen etäisyys, joka on ratkaiseva tekijä kuvion muodostumisessa, on suoraan verrannollinen fotonien tulokulmiin ja niiden kertomaan muodostuvan kolmion muotoon.

[jaava]

tuli mieleeni, että ne fotonithan tulevat putkiin eri kulmista.

Jos fotonit tulee 100 valovuoden etäisyydeltä kaukoputkiin, joiden välinen etäisyys on tuo 1AU, niin eikö fotonit matkusta käytännössä aivan rinnatusten, yhdensuuntaisia ratoja pitkin.

Jos 1AU tuntuu pitkältä (lähimpien tähtien etäisyyksiä on mitattu kulmaeroon perusteuen), niin toimii tuo interferometri 1m etäisyydelläkin. Enkä usko fotonien kommunikointikyvyn yltävän siihenkään. Joka tapauksessa kulmaero on varmasti niin pieni, ettei fotoneista ole sen mittaajaksi. Tai kaukoputkesta, kaikki muut virheet peittävät ne kyllä allensa kirkkaasti.

JV

[Tuoli]

Jos 1AU tuntuu pitkältä (lähimpien tähtien etäisyyksiä on mitattu kulmaeroon perusteuen), niin toimii tuo interferometri 1m etäisyydelläkin. Enkä usko fotonien kommunikointikyvyn yltävän siihenkään. Joka tapauksessa kulmaero on varmasti niin pieni, ettei fotoneista ole sen mittaajaksi. Tai kaukoputkesta, kaikki muut virheet peittävät ne kyllä allensa kirkkaasti.

Kvanttifysiikkahan toimii äärimmäisen pienten mittaustarkkuuksien alueella, kuten Ricke on monta kertaa korostanut, joten riippumatta siitä, kuinka kaukaa fotonit lähtevät ja kuinka lähellä toisiaan kaukoputket sijaitsevat tulevat fotonit absoluuttisesti ottaen eri kulmista. Oli tämä ero sitten mitattavissa vaikka vasta 11 desimaalin tarkkuudella. Tämä tulokulmien ero on myös vakio, vaikka muut häiritsevät tekijät voivatkin vaihdella satunnaisesti.

Oletukseni perusidea onkin siinä, että tämä tulokulmien ero sinänsä sisältää kaiken tarvittavan informaation, jotta tietynlainen kuvio syntyy luonnonlakien, esim. optiikan ymv. vaikutuksesta, eikä minkäänlaista fotonien keskeistä "kommunikaatiota" tarvita ollenkaan olipa putkien etäisyys 1 AU tai 1 m. Siis syntyvä kuvio on vain seuraus siitä, missä kulmassa fotonit tulevat. Lopputulos syntyy siellä, missä fotonit kohtaavat.

Tätä teoriaa minun on turha yrittää todistaa mitenkään muuten kuin loogisen päättelyn avulla, sillä minulla ei ole minkaanlaista pääsyä observatorioihin tai laboratorioihin, joissa sitä voitaisiin testata. Tämä on kuitenkin se loogisimmalta tuntuva selitys, joka näin harrastelijan mielessä syntyi kaukoputki-interferometrian soveltamisesta.

[Timo Kantola]

Tiedämmehän yleisesti, että jonkin aineen pinta on erilaisissa vuorovaikutuksissa lähiympäristönsä kanssa. On olemassa kaikenlaisia koheesiovoimia, sähköistä vuorovaikutusta, magneettista vuorovaikutusta, jopa heikkoa gravitaatiota ymv. ja lisäksi voi myös olla vuorovaikutuksia, joita emme vielä tunne. Jos ajattelemme konkreettisesti peräkkäin lähetettyjä elektroneja, niin kukin niistä lähestyy rakolevyä rataansa. Todennäköisyysjakauma määrää, millä  radoilla levyä lähestyisi eniten hiukkasia. Osa hiukkasista törmää levyyn, osa niistä läpäisee raon aivan reunojen läheltä, osa taas aivan raon keskeltä jne.. Tämä raon läpäisypisteen sijainti määräisi sen, mihin kohtaan varjostimella hiukkanen päätyy, jolloin interferenssikuvion syntymiseen ei tarvittaisi vuorovaikutusta muiden hiukkasten kanssa eikä minkäänlaista tulevaisuuden ennustamista siitä, mihin pyrkiä, siis hiukkaselta. Tosin hiukkaset elottomana aineena eivät yleensä voi mitään tietääkään sen kummemmin etu- kuin jälkikäteen. Ne vain noudattavat luonnonlakeja.

Jos interferenssikuvion syntyminen  olisi riippuvainen ainoastaan läpäisypisteen sijainnista, silloin yhden raon pitäisi riittää tuottamaan interferenssi ? Eli mikä merkitys kaksoisrako kokeessa on toisella raolla - sillä jonka läpi hiukkanen ei kulkenut?

Kaksoisrako kokeen mysteeri (ainakin mun kaltaiselle tavikselle) piilee siinä että elektroni tai fotoni "tietää" onko molemmat raot auki, vai pelkästään toinen raoista.

Jos ammutaa yksittäisiä elektroneja vaikka 1kpl/s  kaksoisrako koelaitteen rakojen läpi, syntyy pitkällä aikavalotuksella interferenssikuvio.
Jos elektroneja ammutaan samaan tahtiin ja kaksoisraosta on aina jompi kumpi suljettuna - katoaa interferenssikuvio . Voisi olettaa että tässä tapauksessa keskimäärin puolet elektroneista (jotka normaalisi läpäisee kaksoisraon)  yrittää tukitun raon kautta - eikä koskaan pääse perille fluorisoivaan levyyn tuikahduksia aiheuttamaan. Toinen onnekkaampi puolisko joukosta sen sijaan pääsee puikahtamaan ja tuikahtamaan. Tarvittaisiin vain 2x valotusaika ja kuvion pitäisi olla sama - mutta kun ei kuulemma ole interferenssi katoaa..
Jos harvennetaan elektronien ampumistahtia vaikka 1kpl/min ja pidenetään valotusaikaa 60x  tulos on sama, ja samalla voi olla melko varma, että interferenssi ei johdu hiukkasten keskinäisestä vuorovaikutuksesta.
http://fi.wikipedia.org/wiki/Youngin_kaksoisrakokoe
http://fi.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6%C3%B6penhaminan_tulkinta
Katso myös :
http://fi.wikipedia.org/wiki/Youngin_kaksoisrakokoe#Shahriar_Afsharin_koe

[jaava]

Kvanttifysiikkahan toimii äärimmäisen pienten mittaustarkkuuksien alueella, kuten Ricke on monta kertaa korostanut, joten riippumatta siitä, kuinka kaukaa fotonit lähtevät ja kuinka lähellä toisiaan kaukoputket sijaitsevat tulevat fotonit absoluuttisesti ottaen eri kulmista. Oli tämä ero sitten mitattavissa vaikka vasta 11 desimaalin tarkkuudella. Tämä tulokulmien ero on myös vakio, vaikka muut häiritsevät tekijät voivatkin vaihdella satunnaisesti.

Jos valon aallonpituus on luokkaa 400nm, niin miten voi puhua äärettömän tarkoista kulmaeroista kun paikan tarkkus on jotain tuon 400nm sisällä. Perustuuhan kvanttimekaniikka nimenomaan sille ajatukselle että jos paikka tiedetään tarkasti niin liikemäärää (pitää sisällään kulmatiedon) ei voida tietää äärettömän tarkasti (Heisenbergin epätarkkuusperiaate). Ja erityisen suuri vaikutus sillä on juuri tässä mittakaavassa.

Jos interferenssikuvion syntyminen  olisi riippuvainen ainoastaan läpäisypisteen sijainnista, silloin yhden raon pitäisi riittää tuottamaan interferenssi

Jos valo on koherenttia (tulee kaukana olevasta pistemäisestä lähteestä tai LASER:sta) ja monokromaattista (siinä on vaan yhtä aallonpituutta) tai sitten ammutaan paljon peräkkäisiä fotoneita jotka eivät kykene keskenään vuorovaikuttamaan.
Ja jos raon leveys on alle aallonpituuden, sekä etäisyys raosta ilmaisimelle on pitkä:

Interferenssikuvio syntyy yhdessä rossa. Nimittäin jos ilmaisin on esimerkiksi tasomainen. Jos ilmaisn on kaareva siten että raon keskeltä säteittäin mitattuna ilmaisimen pinnalle on fotonilla yhtä pitkä matka kulkea, ei interferenssiä (minimeineen ja maksimimeineen) synny, vaan tasainen viiva (tai millainen se rako ja valonsäde sitten on. Pistemäisestä aukosta puolipallosensorille valaistuu koko puolipallo tasaisesti. Tai no ei ihan siellä laidoilla).

Interferenssikuvio syntyy missä tahansa valon aaltorintaman törmäyksessä materiaan, jolloin aaltorintama vääristyy. Selvimmin jos materia muodostaa äärettömän ohuen reunan kuten vaikka partakoneen terä.

Huom. Huonevalossa ei synny kunnon diffraktiota koska säteilijät eivät ole yleensä pistemäisiä ja niitä on monta.

JV

[Timo Kantola]

 Eli mikä merkitys kaksoisrako kokeessa on toisella raolla - sillä jonka läpi hiukkanen ei kulkenut, ja jota ilman interferenssikuvio "romahtaa"?

[jaava]

Kaksoisrakokokeessa nähdään interferenssi, joka on ominainen kahdelle toisiaan interferoivalle säteelle. Kun toinen raoista on suljettu, interferenssikuvio on sellainen kuin syntyy yhdestä raosta.

Noille on johdettu matemaattiset mallitkin ja lausekkeet eroavat oleellisesti toisistaan.

[Timo Kantola]

Kaksoisrakokokeessa nähdään interferenssi, joka on ominainen kahdelle toisiaan interferoivalle säteelle. Kun toinen raoista on suljettu, interferenssikuvio on sellainen kuin syntyy yhdestä raosta.
Noille on johdettu matemaattiset mallitkin ja lausekkeet eroavat oleellisesti toisistaan.

Matikkani rajoittuu yhteen-,vähennys-,kerto- ja jakolaskuun.. joudun spekuloimaan ihan ammattikoulupohjaltaa..

Et nähtävästi ymmärtänyt ihmettelyni pointtia:
Näin olen asian ymmärtänyt:
Interferenssikuvion synnyn edellytyksenä  on että fotonilla on mahdollisuus kulkea "molempien rakojen kautta yhtäaikaa". Eli kahdesta raosta - matkalla kojeen läpi fluorisoivalle pinnalle -  fotoni käyttää vain toista, ja tämän käyttämättömän reitin tukkiminen estää  interferenssikuvion synnyn ?
Fotoni käyttäytyy kuin aaltorintama joka pääsee kahdesta aukosta tyynenpuolelle muodostaen kaksi erillistä kaarevaa aaltorintamaa. Aaltorintamien kohdatessa aallot voimistavat tai kumoavat toisiaan.. Yksittäinen fotoni kulkiessaan kojeen rakojen läpi on kuin yksittäinen aalto joka menee molemmista raoista yhtäaikaa, toisen raon tukkiminen estää  interferenssin synnyn.
Eli kulkeeko yksittäinen fotoni molempien rakojen kautta yhtä aikaa?

Toinen mitä lukemastani olen yrittänyt saada selville:
Fotonilla tai hiukkasella ei ole tarkkaa paikka -pistettä - missä se on, on vain olemassa todennäköisyyskenttä (alue) jossa voidaan tietyllä todennäköisyydellä ko. hiukkasen olettaa lymyilevän. Mitä suurempi alue varataan hiukkasen mahdolliseksi olinpaikaiksi sitä suuremmalla todennäköisyydellä hiukkanen siinä on? Kuinkahan  iso säde on varattava jotta voidaan jonkun elektronin tai fotonin sanoa olevan tuossa 100% varmuudella? Fotonille joka kulkee 300 000km/sek joutuu huonolla mittaustarkuudella varaamaan kilometrejä pitkän janan...?

[jaava]

Matikkani rajoittuu yhteen-,vähennys-,kerto- ja jakolaskuun.. joudun spekuloimaan ihan ammattikoulupohjaltaa..

Tässä ei näytä matemaatinkan syvällisemmätkään opiskelut paljon auttavan. Maailmalla on kirjoitettu kirjoja joissa jaetaan väärää tietoa diffraktiosta. Puhumattakaan web-sivuista. Onneksi mihinkään ei tarvitse uskoa oman ymmärryksen jatkeeksi. Omien ajatusten selvittelyä tämä minullekin on.

Et nähtävästi ymmärtänyt ihmettelyni pointtia:
Näin olen asian ymmärtänyt:
Interferenssikuvion synnyn edellytyksenä  on että fotonilla on mahdollisuus kulkea "molempien rakojen kautta yhtäaikaa". Eli kahdesta raosta - matkalla kojeen läpi fluorisoivalle pinnalle -  fotoni käyttää vain toista, ja tämän käyttämättömän reitin tukkiminen estää  interferenssikuvion synnyn ?
Fotoni käyttäytyy kuin aaltorintama joka pääsee kahdesta aukosta tyynenpuolelle muodostaen kaksi erillistä kaarevaa aaltorintamaa. Aaltorintamien kohdatessa aallot voimistavat tai kumoavat toisiaan.. Yksittäinen fotoni kulkiessaan kojeen rakojen läpi on kuin yksittäinen aalto joka menee molemmista raoista yhtäaikaa, toisen raon tukkiminen estää  interferenssin synnyn.
Eli kulkeeko yksittäinen fotoni molempien rakojen kautta yhtä aikaa?

Mitään sellaista vastausta, jossa ei spekuloida fotonin ominaisuuksilla, en ole nähnyt. Tuota tilannetta kun ei voi mitata. Asiasta voidaan saada välillisiä mittaushavaintoja korkeintaan fotonin lähtöhetkestä ja sen perilletulosta. Mitä fotonin matkalla tapahtuu on arvailujen varassa. Jos sitä yrittää mitata matkallaan, koko koe muuttaa luonnettaan. Näin olen asian ymärtänyt lukemastani.

Spekulointia: Nyt kun ihminen ei vielä tunne mikrokosmoksen (päästiin lähemmäs alkuperäistä aihetta) rakennetta kunnolla, voidaan ajatella sieltä löytyvän jotain, jonka avulla voisi mitata fotonia sen matkallakin. Epätarkkuusperiaatteen katoamiseen tämä ei kuitenkaan johtaisi. Tosin liikemäärää ja paikkaa voisi olla ehkä vaikea soveltaa niissä mittakaavoissa. Tarvittaisiin ehkä uusia suureita ja jopa tarkempi selitys Heisenbergin periaatteelle.

Toinen mitä lukemastani olen yrittänyt saada selville:
Fotonilla tai hiukkasella ei ole tarkkaa paikka -pistettä - missä se on, on vain olemassa todennäköisyyskenttä (alue) jossa voidaan tietyllä todennäköisyydellä ko. hiukkasen olettaa lymyilevän. Mitä suurempi alue varataan hiukkasen mahdolliseksi olinpaikaiksi sitä suuremmalla todennäköisyydellä hiukkanen siinä on? Kuinkahan  iso säde on varattava jotta voidaan jonkun elektronin tai fotonin sanoa olevan tuossa 100% varmuudella? Fotonille joka kulkee 300 000km/sek joutuu huonolla mittaustarkuudella varaamaan kilometrejä pitkän janan...?

Tuolla keskustelun alkupäässä todettiin nykyään hiukkasten (pistemäisen kohteen) sijasta suosittavan kvanttikenttää - mitään varsinaista pistemäistä hiukkasta ei siis olisikaan. Tosin teoreettisen fysiikan saralla etsitään kuumeisesti malleja joiden selitysvoima riittäisi kattamaan koko tunnetun fysiikan ja jopa kertomaan perusvakioiden juuret.
Spekulaatiota: Eniten pinnalla ollut selitysmalli on M-teoria uusine käpertyneine ulottuvuuksineen, jossa pistemäisten kohteiden sijasta säikeet värähtelee. Kun pistemäinen hiukkanen voi liikkua todennäköisyyskenttänsä alueella vain x, y ja z suuntiin, niin säikeellä on mahdollisuus olla sekä värähtelyenergiaa että kiertoenergiaa. Mutta mitä tarkoittaa sitten säikeen paikka. Ja voiko kiertoenergian mitata äärettömän tarkasti.
Vai onko säikeet liian yksinkertainen ja meidän todellisuudessa kiinni oleva mallinnusyritys. Onko sittenkin kvanttikenttä, jolla on ominaisuuksia, parasta mihin ihminen pystyy. Saako kvanttikenttien pohjalta kehitettyä jonkinlaisen kaikenteorian.

Mittaustarkkuus on erillinen ongelma, ja liittyy meidän teknologiaan ja rajoittuu epätarkkuusperiaatteeseen.

Mitä suurempi alue varataan hiukkasen mahdolliseksi olinpaikaiksi sitä suuremmalla todennäköisyydellä hiukkanen siinä on?

Jos lempifotoni on kateissa, niin auttaako siinä muu kuin lähteä haravoimaan koko universumia ;D

JV