Vietos nustatymas (fizika)
Pagrindinė šiuolaikinio mokslo idėja yra ką nors nustatyti, surasti ar apibrėžti, kur kas nors yra. Fizikoje norėdami pasakyti, ką reiškia "nustatyti vietą" arba "vieta", turime aiškiai paaiškinti, kaip atliekame ko nors nustatymo darbą.
Kai kalbame apie mūsų dydžio daiktus, paprastai naudojame du pradinius taškus, kuriuos visi žino, ir tada matuojame nuo tų taškų iki daikto, kurio vietą norime nurodyti. Galbūt pradėsime nuo Plymuto uolos ir Blarney akmens. Tada galėtume sakyti: "Kapitono Smitho laivas yra už 1400 mylių nuo Plimuto uolos ir juda link Blarney akmens". Arba kitu atveju galime sakyti: "Kapitono Džonso laivą galima rasti nubrėžus liniją nuo Plymuto uolos iki Blarney akmens, radus tašką, esantį už 700 mylių išilgai šios linijos nuo Plymuto uolos, pasukus 90° kampu į kairę, pasiekus šį tašką nuo Plymuto uolos, ir nukeliavus dar 90 mylių.
Jei gerai žinome kompaso kryptis, galime pasakyti: "Eikite tris mylias į šiaurę nuo tos didelės baltos uolos, o tada eikite dvi mylias į rytus nuo to taško. Ten aš padėjau auksą."
Įprastai daikto buvimo vietą nustatome jį kur nors pamatę, išgirdę, pajutę ir t. t. Kartais sužinome, kur kas nors yra, pažvelgę į nuotrauką, radę radaru arba užfiksavę sonaru.
Kur kas sunkiau rasti elektroną, fotoną ar bet kokį kitą maždaug tokio mažo dydžio elementą. Galime sukonstruoti šviesos šaltinį, kuris vienu metu sukuria tik vieną fotoną. Šviesos šaltinį galime nukreipti į fotojuostą, leisti, kad šviesos šaltinis sukurtų vieną fotoną, ir tada išryškinti fotojuostą. Jei turėtume labai jautrią fotojuostą, kurią būtų galima užtemdyti tik vienu fotonu, tuomet toje vietoje, kur atsidūrė fotonas, rastume mažytę sidabro dėmelę. Sidabro atomas yra daug didesnis už fotoną, todėl būtų šiek tiek neaišku, kur atsidūrė fotonas, bet žmonės tikriausiai sutiktų, kad fotonas turėjo atsidurti kažkur sidabro atomo suformuotame taikinyje. Tačiau viskas, ką galime pasakyti, yra tai, kad fotonas turėjo būti tame taške, kai baigė savo egzistavimą. Kai fotoną sugeria elektronas, jis atiduoda savo energiją elektronui ir išnyksta. Taigi trumpam atsidūręs tam tikroje apibrėžtoje vietoje jis iš karto prarado visą savo judėjimą.
Kitas būdas nustatyti fotono buvimo vietą - priversti jį praeiti pro mažą vietą. Žinodami, kada šviesos šaltinis siunčia fotoną, ir žinodami šviesos greitį, galime žinoti, kada jis turi praeiti pro skylutę plokštelėje, pastatytą jo kelio į plėvelę centre. Palaipsniui galime vis labiau artėti prie tikslaus išsiaiškinimo, kur tiksliai yra jo skrydžio viduryje. Tačiau kelias, kuriuo ji keliaus toliau, tampa vis labiau laukinis. Taip yra todėl, kad, kai fotonas eina pro tokią skylutę, jis patiria difrakciją.
Klausimai ir atsakymai
K: Kokia yra pagrindinė šiuolaikinio mokslo idėja?
A: Pagrindinė šiuolaikinio mokslo idėja yra ką nors nustatyti arba surasti ir nustatyti ko nors vietą.
K: Kaip paprastai randame savo dydžio daiktus?
A: Paprastai naudojame du visiems žinomus pradinius taškus ir matuojame nuo jų iki objekto, kurio vietą norime nurodyti.
K: Kaip nustatyti laivo buvimo vietą?
A: Galėtume sakyti: "Kapitono Smitho laivas yra už 1400 mylių nuo Plymuto uolos ir plaukia link Blarnio akmens". Arba kitu atveju galėtume sakyti: "Kapitono Džonso laivą galima rasti nubrėžus liniją nuo Plymouth Rock iki Blarney Stone, suradus tašką, esantį už 700 mylių nuo Plymouth Rock, pasukus 90° kampu į kairę, pasiekus šį tašką nuo Plymouth Rock, ir nuėjus dar 90 mylių. Jei gerai žinome kompaso kryptis, galime pasakyti maždaug taip: "Eikite tris mylias į šiaurę nuo tos didelės baltos uolos, esančios ten, o paskui dvi mylias į rytus nuo to taško. Štai kur aš padėjau auksą."
K: Kaip nustatyti mažų objektų, pavyzdžiui, elektronų ar fotonų, buvimo vietą?
A: Nustatyti elektrono ar fotono buvimo vietą yra daug sunkiau nei didesnių objektų buvimo vietą. Vienas iš būdų juos nustatyti - sukurti šviesos šaltinį, kuris vienu metu skleidžia tik vieną fotoną, ir nukreipti jį į fotojuostą; jei naudotumėte labai jautrią fotojuostą, kurią galėtų užtemdyti tik vienas fotonas, sidabro vietoje liktų mažytė dėmelė. Kitas būdas - priversti jį praeiti pro mažą skylutę; žinodami, kada šviesos šaltinis išspinduliuoja fotoną, ir jo greitį, galime žinoti, kada jis turi praeiti pro minėtą skylutę pakeliui į fotojuostą.
K: Kas atsitinka, kai fotonus sugeria elektronai?
Atsakymas: Kai elektronai sugeria fotonus, jie atiduoda savo energiją elektronui ir išnyksta. Taigi, kai jie kurį laiką būna tam tikroje vietoje, iš karto praranda bet kokį judesį.
