Lokalizace (fyzika)
Základní myšlenkou moderní vědy je lokalizovat něco, najít nebo určit polohu něčeho. Abychom mohli ve fyzice říci, co znamená "lokalizovat" nebo "umístění", musíme srozumitelně vysvětlit, jakým způsobem provádíme práci s lokalizací něčeho.
U věcí o naší velikosti obvykle používáme dva počáteční body, které každý zná, a pak od nich měříme k věci, kterou chceme umístit. Můžeme začít Plymouthskou skálou a Blarneyským kamenem. Pak bychom mohli říci: "Loď kapitána Smithe je vzdálena 1400 mil od Plymouthské skály a směřuje k Blarney Stone". Nebo v jiném případě bychom mohli říci: "Loď kapitána Jonese najdeme tak, že nakreslíme přímku z Plymouthské skály k Blarney Stone, najdeme bod vzdálený 700 mil po této přímce od Plymouthské skály, po dosažení tohoto bodu od Plymouthské skály odbočíme o 90° doleva a pak urazíme dalších 90 mil.
Pokud máme nějaký dobrý způsob, jak se orientovat podle kompasu, můžeme říci něco jako: "Jděte tři míle severně od támhle té velké bílé skály a pak jděte dvě míle východně od tohoto bodu. Tam jsem položil zlato."
Zjištění polohy něčeho se obvykle provádí tak, že to někde vidíme, slyšíme, cítíme atd. Někdy víme, kde se něco nachází, tak, že se podíváme na fotografii, najdeme to radarem nebo pingem pomocí sonaru.
Mnohem obtížnější je najít elektron, foton nebo cokoli jiného tak malého. Můžeme zkonstruovat zdroj světla, který vytváří vždy jen jeden foton. Zdroj světla můžeme namířit na kousek fotografického filmu, nechat zdroj světla vytvořit jeden foton a poté fotografický film vyvolat. Kdybychom měli velmi citlivý fotografický film, který by mohl být ztmaven pouze jedním fotonem, pak bychom v místě, kde foton skončil, našli malou skvrnku stříbra. Atom stříbra je mnohem větší než foton, takže by bylo nejasné, kde foton skončil, ale lidé by se pravděpodobně shodli na tom, že foton musel skončit někde uvnitř terčíku tvořeného atomem stříbra. Jediné, co však můžeme říci, je, že foton musel být v tomto bodě, když ukončil svou existenci. Když je foton pohlcen elektronem, předá mu svou energii a zmizí. Když se tedy krátce nacházel na nějakém určitém místě, okamžitě ztratil veškerý svůj pohyb.
Dalším způsobem, jak lokalizovat foton, je nechat ho projít malým místem. Když víme, kdy zdroj světla vyšle foton, a známe rychlost světla, můžeme vědět, kdy musí projít otvorem v desce umístěné uprostřed jeho cesty k filmu. Postupně se můžeme stále více přibližovat ke zjištění, kde přesně se nachází uprostřed svého letu. Dráha, po které se odtamtud vydá, se však postupně stává divokou. To proto, že když foton prochází takovýmto otvorem, dochází u něj k difrakci.
Otázky a odpovědi
Otázka: Jaká je základní myšlenka moderní vědy?
Odpověď: Základní myšlenkou moderní vědy je akt lokalizace něčeho nebo nalezení a definování polohy něčeho.
Otázka: Jak obecně lokalizujeme věci o naší velikosti?
Odpověď: Obvykle používáme dva výchozí body, které každý zná, a pak měříme od těchto bodů k věci, jejíž polohu chceme určit.
Otázka: Jak můžeme zjistit polohu lodi?
Odpověď: Můžeme říci: "Loď kapitána Smithe je 1400 mil od Plymouthské skály a směřuje k Blarneyovu kameni". Nebo v jiném případě můžeme říci: "Loď kapitána Jonese najdeme, když nakreslíme přímku z Plymouth Rock k Blarney Stone, najdeme bod vzdálený 700 mil po této přímce od Plymouth Rock, po dosažení tohoto bodu od Plymouth Rock odbočíme o 90° doleva a pak urazíme dalších 90 mil. Pokud máme nějaký dobrý způsob, jak se vyznat ve směrech podle kompasu, můžeme říci něco jako: "Jděte tři míle severně od támhle té velké bílé skály a pak jděte dvě míle východně od tohoto bodu. Tam jsem položil zlato."
Otázka: Jak určíte polohu malých objektů, jako jsou elektrony nebo fotony?
Odpověď: Lokalizovat elektron nebo foton je mnohem obtížnější než u větších objektů. Jedním ze způsobů, jak je lokalizovat, by bylo sestrojit zdroj světla, který vydává vždy jen jeden foton, a namířit ho na fotografický film; pokud by se použil velmi citlivý fotografický film, který by se dal ztmavit jen jedním fotonem, pak by se na stříbře objevila malá skvrnka, kde skončil. Dalším způsobem by bylo, kdyby prošel malým místem; když víme, kdy zdroj světla vyšle foton, a jeho rychlost, můžeme poznat, kdy musí projít zmíněným otvorem na své cestě k fotografickému filmu.
Otázka: Co se stane, když jsou fotony pohlceny elektrony?
Odpověď: Když jsou fotony pohlceny elektrony, předají svou energii elektronu a zmizí. Když se tedy na chvíli ocitnou na určitém místě, okamžitě ztratí veškerý pohyb.
