Lokalisatie (fysica)
Het lokaliseren van iets, het vinden of definiëren van de locatie van iets, is een basisidee van de moderne wetenschap. Om in de natuurkunde te kunnen zeggen wat "lokaliseren" of "locatie" betekent, moeten we met duidelijke woorden uitleggen hoe we het werk doen om iets te lokaliseren.
Voor dingen over onze omvang gebruiken we over het algemeen twee beginpunten die iedereen kent, en dan meten we van die punten naar het ding dat we een locatie willen geven. We kunnen beginnen met de Plymouth Rock en de Blarney Stone. We kunnen dan zeggen: "Het schip van kapitein Smith is 1400 mijl van Plymouth Rock richting de Blarney Stone." Of, in een ander geval zouden we kunnen zeggen: "Het schip van kapitein Jones kan worden gevonden door een lijn te trekken van Plymouth Rock naar de Blarney Stone, een punt te vinden 700 mijl langs deze lijn vanaf Plymouth Rock, een bocht naar links te maken van 90° bij het bereiken van dit punt vanaf Plymouth Rock, en dan nog eens 90 mijl te reizen.
Als we een goede manier hebben om de kompasrichtingen te kennen, kunnen we iets zeggen als: "Ga drie mijl ten noorden van die grote witte rots daar en ga dan twee mijl naar het oosten vanaf dat punt. Daar zet ik het goud."
Het vinden van de locatie van iets wordt gewoonlijk gedaan door het ergens te zien, ergens te horen, ergens te voelen, enz. Soms weten we waar iets is door naar een foto te kijken, het te vinden met een radar, of het te pingen met sonar.
Het is veel moeilijker om een elektron, een foton of iets anders aan dat kleine te lokaliseren. We kunnen een lichtbron construeren die maar één foton per keer maakt. We kunnen de lichtbron op een stukje fotografische film richten, de lichtbron één foton laten maken, en dan de fotografische film ontwikkelen. Als we zeer gevoelige fotografische film hadden die slechts door één foton kon worden verduisterd, dan zouden we een klein vlekje zilver vinden waar het foton in terecht kwam. Een zilveratoom is veel groter dan een foton, dus er zou wat vaagheid zijn over waar het foton terecht kwam, maar men zou het er waarschijnlijk mee eens zijn dat het foton ergens in het doel moet zijn beland dat door het zilveratoom wordt gevormd. Het enige wat we kunnen zeggen is dat het foton op dat punt moet zijn beland toen het zijn bestaan beëindigde. Wanneer een foton door een elektron wordt geabsorbeerd geeft het zijn energie aan het elektron en verdwijnt het. Zo toen het kort op één of andere bepaalde plaats was verloor het onmiddellijk al zijn beweging.
Een andere manier om een foton te lokaliseren is om het door een kleine plaats te laten gaan. Als we weten wanneer de lichtbron een foton uitzendt, en als we de snelheid van het licht kennen, kunnen we weten wanneer het door een gat in een plaat moet gaan dat in het midden van zijn pad naar de film is gezet. We kunnen geleidelijk aan steeds dichterbij komen om precies te weten te komen waar hij zich in het midden van zijn vlucht bevindt. Echter, het pad dat hij vanaf daar zal nemen wordt geleidelijk aan wild. Want als een foton door zo'n gat gaat, ervaart het diffractie.
Vragen en antwoorden
V: Wat is het basisidee van de moderne wetenschap?
Antwoord: Het basisidee van de moderne wetenschap is iets te lokaliseren of de positie van iets te vinden en te bepalen.
V: Hoe vinden wij meestal dingen in onze maat?
Antwoord: Wij gebruiken meestal twee beginpunten die iedereen kent, en meten dan vanaf die punten naar het object waaraan wij een locatie willen geven.
V: Hoe kunnen wij de locatie van een schip vinden?
A: We zouden kunnen zeggen: "Het schip van kapitein Smith is 1400 mijl van Plymouth Rock, op weg naar Blarney Stone". Of in een ander geval kunnen we zeggen: "Het schip van kapitein Jones kan worden gevonden door een lijn te trekken van Plymouth Rock naar Blarney Stone, een punt te vinden 700 mijl langs deze lijn vanaf Plymouth Rock, 90° naar links te draaien bij het bereiken van dit punt vanaf Plymouth Rock, en dan nog eens 90 mijl af te leggen. Als we een goede manier hebben om kompasrichtingen te kennen, kunnen we iets zeggen als: "Ga drie mijl ten noorden van die grote witte rots daar en dan twee mijl ten oosten van dat punt. Daar heb ik het goud gelegd."
V: Hoe lokaliseert u kleine objecten zoals elektronen of fotonen?
Antwoord: Het lokaliseren van een elektron of foton is veel moeilijker dan het lokaliseren van grotere voorwerpen. Een manier om ze te lokaliseren zou zijn om een lichtbron te bouwen die slechts één foton per keer produceert en die op een fotofilm te richten; als u een zeer gevoelige fotofilm gebruikt die slechts door één foton kan worden verduisterd, zou het zilver een minuscuul vlekje hebben op de plaats waar het terechtkwam. Een andere manier zou zijn om het door een gaatje te laten gaan; als we weten wanneer de lichtbron een foton uitzendt en wat de snelheid ervan is, kunnen we weten wanneer het door dat gaatje moet op weg naar de fotofilm.
V: Wat gebeurt er wanneer fotonen door elektronen worden geabsorbeerd?
Antwoord: Wanneer fotonen door elektronen worden geabsorbeerd, geven ze hun energie af aan het elektron en verdwijnen ze. Dus zodra ze een tijdje op een bepaalde plaats zijn, verliezen ze onmiddellijk alle beweging.
