Lokalisering (fysik)
Att lokalisera något, att hitta eller definiera var något befinner sig, är en grundläggande idé inom den moderna vetenskapen. För att fysiken ska kunna säga vad "lokalisera" eller "lokalisering" betyder måste vi tydligt förklara hur vi gör för att lokalisera något.
När det gäller saker av vår storlek använder vi vanligtvis två utgångspunkter som alla känner till och mäter sedan från dessa punkter till det vi vill ge en plats. Vi kanske börjar med Plymouth Rock och Blarney Stone. Vi skulle då kunna säga: "Kapten Smiths skepp är 1400 miles från Plymouth Rock och går mot Blarney Stone". Eller i ett annat fall kan vi säga: "Kapten Jones skepp kan hittas genom att dra en linje från Plymouth Rock till Blarney Stone, hitta en punkt 700 miles längs denna linje från Plymouth Rock, ta en vänstersväng på 90° när man når denna punkt från Plymouth Rock, och sedan resa ytterligare 90 miles.
Om vi har ett bra sätt att känna till kompassriktningar kan vi säga något i stil med: "Gå tre mil norr om den stora vita stenen där borta och gå sedan två mil österut från den punkten. Det är där jag placerade guldet."
Att hitta platsen för något görs vanligtvis genom att se det någonstans, höra det någonstans, känna det någonstans osv. Ibland vet vi var något finns genom att titta på ett fotografi, hitta det med radar eller genom att peka ut det med sonar.
Det är mycket svårare att lokalisera en elektron, en foton eller något annat så litet. Vi kan konstruera en ljuskälla som bara producerar en foton åt gången. Vi kan rikta ljuskällan mot en bit fotografisk film, låta ljuskällan göra en foton och sedan framkalla den fotografiska filmen. Om vi hade en mycket känslig fotografisk film som bara kunde mörkläggas av en enda foton, skulle vi hitta en liten silverfläck där fotonen hamnade. En silveratom är mycket större än en foton, så det skulle vara lite oklart var fotonen hamnade, men folk skulle förmodligen vara överens om att fotonen måste ha hamnat någonstans inom det mål som bildas av silveratomen. Allt vi kan säga är dock att fotonen måste ha befunnit sig i den punkten när den avslutade sin existens. När en foton absorberas av en elektron ger den sin energi till elektronen och försvinner. Så när den kortvarigt befann sig på en bestämd plats förlorade den omedelbart all sin rörelse.
Ett annat sätt att lokalisera en foton är att låta den passera genom en liten plats. Genom att veta när ljuskällan skickar ut en foton och känna till ljusets hastighet kan vi veta när den måste passera genom ett hål i en platta som är placerad i mitten av dess väg till filmen. Vi kan successivt komma närmare och närmare att ta reda på exakt var den befinner sig mitt i sin färd. Men den väg som den kommer att ta därifrån blir successivt vildare. Det beror på att när en foton går genom ett sådant hål upplever den diffraktion.
Frågor och svar
F: Vad är den moderna vetenskapens grundidé?
Svar: Den moderna vetenskapens grundtanke är att lokalisera något eller att hitta och bestämma positionen för något.
F: Hur hittar vi vanligtvis saker i vår storlek?
S: Vi brukar använda två startpunkter som alla känner till och sedan mäta från dessa punkter till det objekt som vi vill ge en plats.
F: Hur kan vi hitta ett fartygs position?
S: Vi skulle kunna säga: "Kapten Smiths skepp är 1400 miles från Plymouth Rock, på väg mot Blarney Stone". Eller i ett annat fall skulle vi kunna säga: "Kapten Jones fartyg kan hittas genom att dra en linje från Plymouth Rock till Blarney Stone, hitta en punkt 700 miles längs denna linje från Plymouth Rock, svänga 90° till vänster när man når denna punkt från Plymouth Rock och sedan gå ytterligare 90 miles. Om vi har något bra sätt att känna till kompassriktningar kan vi säga något i stil med: "Gå tre mil norr om den stora vita stenen där borta och sedan två mil öster om den punkten. Det är där jag lade guldet."
F: Hur lokaliserar man små objekt som elektroner eller fotoner?
Svar: Det är mycket svårare att lokalisera en elektron eller en foton än att lokalisera större objekt. Ett sätt att lokalisera dem skulle vara att bygga en ljuskälla som bara producerar en foton åt gången och rikta den mot fotografisk film. Om du använder en mycket känslig fotografisk film som bara kan mörkläggas av en foton skulle silvret ha en liten fläck där det hamnar. Ett annat sätt skulle vara att låta den passera genom ett litet hål. Genom att veta när ljuskällan avger en foton och dess hastighet kan vi veta när den måste passera genom hålet på sin väg till den fotografiska filmen.
F: Vad händer när fotoner absorberas av elektroner?
Svar: När fotoner absorberas av elektroner avger de sin energi till elektronen och försvinner. Så när de befinner sig på en viss plats under en tid förlorar de omedelbart all rörelseförmåga.
