Ortung (Physik)
Der Akt des Lokalisierens von etwas, des Findens oder Definierens des Ortes von etwas, ist eine Grundidee der modernen Wissenschaft. Um in der Physik zu sagen, was "lokalisieren" oder "Standort" bedeutet, müssen wir mit klaren Worten erklären, wie wir die Aufgabe des Lokalisierens von etwas erledigen.
Bei Dingen, die unsere Größe betreffen, verwenden wir in der Regel zwei Anfangspunkte, die jeder kennt, und dann messen wir von diesen Punkten aus bis zu dem Ding, dem wir einen Ort geben wollen. Wir könnten mit dem Plymouth Rock und dem Blarney Stone beginnen. Dann könnten wir sagen: "Das Schiff von Kapitän Smith ist 1400 Meilen vom Plymouth Rock entfernt und fährt auf den Blarney-Stein zu. Oder, in einem anderen Fall könnten wir sagen: "Das Schiff von Captain Jones kann gefunden werden, indem man eine Linie vom Plymouth Rock zum Blarney-Stein zieht, einen Punkt 700 Meilen entlang dieser Linie vom Plymouth Rock aus findet, bei Erreichen dieses Punktes vom Plymouth Rock aus eine Linkskurve von 90° macht und dann weitere 90 Meilen reist.
Wenn wir eine gute Möglichkeit haben, die Himmelsrichtungen zu kennen, können wir so etwas sagen wie: "Gehen Sie drei Meilen nördlich von dem großen weißen Felsen dort drüben und dann zwei Meilen östlich von diesem Punkt. Dort habe ich das Gold versteckt."
Den Ort von etwas zu finden, geschieht normalerweise dadurch, dass man es irgendwo sieht, irgendwo hört, irgendwo fühlt usw. Manchmal wissen wir, wo sich etwas befindet, indem wir ein Foto ansehen, es mit dem Radar finden oder es mit dem Sonar anpingen.
Es ist viel schwieriger, ein Elektron, ein Photon oder irgendetwas anderes von dieser Kleinheit zu lokalisieren. Wir können eine Lichtquelle konstruieren, die immer nur ein Photon auf einmal erzeugt. Wir können die Lichtquelle auf ein Stück photographischen Films richten, die Lichtquelle ein Photon erzeugen lassen und dann den photographischen Film entwickeln. Wenn wir einen sehr empfindlichen fotografischen Film hätten, der nur durch ein einziges Photon verdunkelt werden könnte, dann würden wir an der Stelle, an der das Photon landete, einen winzigen Silberfleck finden. Ein Silberatom ist viel größer als ein Photon, so dass es eine gewisse Unschärfe darüber gäbe, wo das Photon gelandet ist, aber die Leute würden wahrscheinlich zustimmen, dass das Photon irgendwo innerhalb des von dem Silberatom gebildeten Ziels gelandet sein muss. Alles, was wir jedoch sagen können, ist, dass das Photon an dem Punkt gewesen sein muss, an dem es seine Existenz beendete. Wenn ein Photon von einem Elektron absorbiert wird, gibt es seine Energie an das Elektron ab und verschwindet. Wenn es sich also kurz an einem bestimmten Ort befand, verlor es sofort seine gesamte Bewegung.
Eine andere Möglichkeit, ein Photon zu lokalisieren, besteht darin, es durch einen kleinen Ort gehen zu lassen. Wenn wir wissen, wann die Lichtquelle ein Photon aussendet, und wenn wir die Lichtgeschwindigkeit kennen, können wir wissen, wann es durch ein Loch in einer Platte gehen muss, die in der Mitte ihres Weges zum Film liegt. Wir können allmählich immer näher und näher daran herankommen, herauszufinden, wo genau es sich in der Mitte seines Fluges befindet. Allerdings wird der Weg, den er von da an nehmen wird, immer wilder. Das liegt daran, dass ein Photon, wenn es durch ein solches Loch geht, Beugung erfährt.
Fragen und Antworten
F: Was ist der Grundgedanke der modernen Wissenschaft?
A: Der Grundgedanke der modernen Wissenschaft ist es, etwas zu lokalisieren oder den Ort von etwas zu finden und zu definieren.
F: Wie lokalisieren wir im Allgemeinen Dinge in unserer Größe?
A: Wir verwenden in der Regel zwei Ausgangspunkte, die jeder kennt, und messen dann von diesen Punkten aus bis zu der Sache, die wir lokalisieren wollen.
F: Wie können wir die Position eines Schiffes bestimmen?
A: Wir könnten sagen: "Das Schiff von Kapitän Smith ist 1400 Meilen von Plymouth Rock entfernt und fährt in Richtung Blarney Stone". Oder in einem anderen Fall könnten wir sagen: "Das Schiff von Kapitän Jones kann gefunden werden, indem wir eine Linie von Plymouth Rock zum Blarney Stone ziehen, einen Punkt 700 Meilen entlang dieser Linie von Plymouth Rock finden, bei Erreichen dieses Punktes von Plymouth Rock aus eine Linkskurve von 90° machen und dann weitere 90 Meilen reisen. Wenn wir die Himmelsrichtungen gut kennen, können wir etwas sagen wie: "Gehen Sie drei Meilen nördlich von dem großen weißen Felsen dort drüben und dann zwei Meilen östlich von diesem Punkt. Dort habe ich das Gold versteckt."
F: Wie können Sie kleine Objekte wie Elektronen oder Photonen orten?
A: Es ist viel schwieriger, ein Elektron oder Photon zu orten als größere Objekte. Eine Möglichkeit, sie zu orten, wäre, eine Lichtquelle zu konstruieren, die jeweils nur ein Photon erzeugt, und sie auf einen Fotofilm zu richten. Wenn ein sehr empfindlicher Fotofilm verwendet würde, der von nur einem Photon verdunkelt werden könnte, würde man einen winzigen Fleck auf dem Silber sehen, wo es gelandet ist. Eine andere Möglichkeit wäre, es durch ein kleines Loch zu schicken. Wenn wir wissen, wann die Lichtquelle ein Photon aussendet und wie schnell es ist, können wir feststellen, wann es auf seinem Weg zum Fotofilm durch das besagte Loch gehen muss.
F: Was passiert, wenn Photonen von Elektronen absorbiert werden?
A: Wenn Photonen von Elektronen absorbiert werden, geben sie ihre Energie an das Elektron ab und verschwinden. Wenn sie also kurz an einem bestimmten Ort sind, verlieren sie sofort jede Bewegung.
