Paigutamine (füüsika)
Millegi asukoha määramine, millegi asukoha leidmine või määratlemine on kaasaegse teaduse põhiidee. Et füüsikas öelda, mida tähendab "lokaliseerida" või "asukoht", peame selgesõnaliselt selgitama, kuidas me millegi lokaliseerimise tööd teeme.
Meie suuruse kohta kasutame tavaliselt kahte alguspunkti, mida kõik teavad, ja siis mõõdame neist punktidest kuni asjani, millele tahame asukoha anda. Me võime alustada Plymouth Rockist ja Blarney Stone'ist. Siis võiksime öelda: "Kapten Smithi laev on Plymouth Rockist 1400 miili kaugusel Blarney kivi suunas liikudes". Või teisel juhul võime öelda: "Kapten Jonesi laeva võib leida, kui tõmmata Plymouth Rockist Blarney kivini viiv joon, leida Plymouth Rockist 700 miili pikkune punkt piki seda joont, teha Plymouth Rockist selle punktini jõudes 90° vasakpöörde ja sõita seejärel veel 90 miili.
Kui meil on mingi hea võimalus kompassisuundade tundmiseks, siis võime öelda midagi sellist: "Mine kolm miili põhja sellest suurest valgest kivist seal ja siis mine sellest punktist kaks miili ida poole. Sinna ma panen kulla."
Tavaliselt leitakse millegi asukoht, nähes seda kusagil, kuuldes seda kusagil, tundes seda kusagil jne. Mõnikord teame, kus miski asub, vaadates fotot, leides selle radariga või pingerdades seda sonariga.
Palju raskem on leida elektroni, fotooni või midagi muud nii väikest. Me võime konstrueerida valgusallika, mis teeb korraga ainult ühe fotoni. Me võime suunata valgusallika fotofilmile, lasta valgusallikal teha üks foton ja seejärel arendada fotofilmi. Kui meil oleks väga tundlik fotofilm, mida saaks tumeneda ainult ühe fotoni abil, siis leiaksime pisikese hõbepleki, kuhu foton sattus. Hõbeda aatom on palju suurem kui fotoon, nii et fotooni asukoha osas oleks mõningane ebaselgus, kuid inimesed nõustuksid ilmselt sellega, et fotoon peab olema sattunud kuhugi hõbeda aatomi poolt moodustatud sihtmärgi sisse. Siiski saame öelda vaid seda, et fotoon pidi olema selles punktis, kui ta oma eksistentsi lõpetas. Kui elektron neelab fotooni, annab see oma energia elektronile ja kaob. Seega, kui see oli lühikest aega mingis kindlas kohas, kaotas ta kohe kogu oma liikumise.
Teine võimalus fotoni asukoha määramiseks on panna see läbima väikest kohta. Teades, millal valgusallikas fotooni välja saadab, ja teades valguse kiirust, saame teada, millal see peab läbima augu plaadil, mis on asetatud selle teekonna keskele filmile. Me saame järk-järgult üha lähemale jõuda, et teada saada, kus täpselt ta oma lennu keskel on. Kuid tee, mida ta sealt edasi võtab, muutub üha metsikumaks. Seda seetõttu, et kui footon läheb läbi sellise augu, kogeb ta difraktsiooni.
Küsimused ja vastused
K: Mis on kaasaegse teaduse põhiidee?
V: Moodsa teaduse põhiidee on millegi asukoha leidmine või millegi asukoha leidmine ja määratlemine.
K: Kuidas me üldjuhul asjade asukoha määrame oma suuruse kohta?
V: Me kasutame tavaliselt kahte alguspunkti, mida kõik teavad, ja mõõdame siis nendest punktidest kuni asjani, millele tahame asukoha anda.
K: Kuidas me saame leida laeva asukoha?
V: Me võime öelda: "Kapten Smithi laev on 1400 miili kaugusel Plymouth Rockist Blarney kivi suunas liikudes". Või teisel juhul võime öelda: "Kapten Jonesi laeva saab leida, kui tõmmata Plymouth Rockist Blarney kivini viiv joon, leida Plymouth Rockist 700 miili pikkune punkt piki seda joont, teha Plymouth Rockist selle punktini jõudes 90° vasakpöörde ja sõita seejärel veel 90 miili. Kui meil on mingi hea võimalus kompassisuundade tundmiseks, võime öelda midagi sellist: "Mine kolm miili põhja sellest suurest valgest kivist seal ja siis mine sellest punktist kaks miili ida poole. Sinna ma panen kulla."
K: Kuidas te lokaliseerite väikseid objekte, nagu elektronid või footonid?
V: Elektroni või fotooni on palju raskem leida kui suuremaid objekte. Üks võimalus nende lokaliseerimiseks oleks konstrueerida valgusallikas, mis teeb korraga ainult ühe footoni, ja suunata see fotofilmile; kui kasutataks väga tundlikku fotofilmi, mida saaks tumeneda ainult ühe footoni poolt, siis oleks hõbedal tilluke täpike, kuhu see sattus. Teine võimalus oleks lasta see läbi väikese koha; teades, millal valgusallikas saadab välja fotooni ja selle kiirust, saame teada, millal see peab läbima nimetatud augu oma teel fotofilmi poole.
K: Mis juhtub, kui elektronid neelavad footonid?
V: Kui elektronid neelavad footoneid, annavad nad oma energia elektronile ja kaovad. Nii et kui nad on lühikest aega mingis kindlas kohas, kaotavad nad kohe igasuguse liikumise.
