Отрывок из книги «Сто лет недосказанности» о квантовой механике

Inc.Культура

Меньше атома: как работает квантовая механика

Текст: Наташа Покровская

Oblozhkakvant.png
Фото: alpinabook.ru

Квантовая механика — это, пожалуй, самый точный и глубокий из известных человечеству методов описания природы: дисциплина объясняет, как устроен мир в масштабе частиц размером меньше атома. Эта наука родилась в начале прошлого века и существует совсем недолго в сравнении с историей человеческого прогресса, потому многие квантовые эффекты не изучены до конца. О том, как устроена квантовая механика сегодня, простыми словами рассказывает доктор физико-математических наук, зав лабораторией теории фундаментальных взаимодействий Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, лектор и автор научно-популярных фильмов Алексей Семихатов в своей книге «Сто лет недосказанности. Квантовая механика для всех в 25 эссе». Книга вышла в издательстве «Альпина нон-фикшн». Inc. публикует ее отрывок.

Устройство квантового мира описывается квантовой теорией, часто называемой также квантовой механикой. Слово «механика» исходно указывало на круг задач по предсказанию движения: скажем, как далеко упадет снаряд, брошенный с заданной скоростью под определенным углом к горизонту (если мне простится школьный пример). «Предсказание» предполагает знание действующих факторов и, как правило, применение уравнений, в которых отражено это знание. Требуются, кроме того, начальные условия, фиксирующие положение дел, с которого события начинают развиваться.

В только что приведенном примере действующие факторы — это притяжение Земли, и если предсказание требуется всерьез, а не на школьном уровне, то еще и сопротивление воздуха и даже вращение Земли, а начальные условия — это скорость в момент броска с учетом ее направления и расположение стартовой точки. В словосочетание же «квантовая механика» слово «механика» попало отчасти по инерции и означает примерно «предсказание, насколько это возможно, наблюдаемых результатов, исходя из действующих факторов и начальных данных». Некоторая расплывчатость формулировки, если вы обратили на нее внимание, не случайна и скрывает за собой многое из того, что нам предстоит увидеть.

Залог существования

А слово «квант» взялось из латыни — из вопросительного местоимения quantum, которое употребляется в вопросах типа «насколько много?» и «какое количество?». В нашей истории его стали употреблять в отношении порций. Сначала это были порции энергии. Появление порций — существенная часть квантовых правил.

В мире атомов, электронов и всего такого энергия во многих (причем важных) случаях передается не в любых количествах, а в «расфасованном» виде. Это не означает, что Вселенная наполнена заранее приготовленными порциями энергии. Например, свет несет энергию порциями, величина которых зависит от цвета — т. е. от длины волны. Чем ближе цвет к сине-фиолетовому краю радуги, тем больше энергии в одной порции, и еще больше — за пределами видимого спектра, в области все более коротких длин волн (примерно поэтому ультрафиолет не слишком нам полезен, а у рентгенологов сокращенный рабочий день).

Но для света с определенной длиной волны, т. е. определенного цвета, эти порции энергии и правда всегда одинаковые. Все такие порции — и длинноволновые, и коротковолновые — в 1920-х гг. получили название фотонов. (Минимальные порции представляют собой предел того, сколь слабым может быть свет: меньше одного фотона означает ноль фотонов, т. е. отсутствие света. Кстати сказать, человеческий глаз устроен так, что в принципе способен реагировать буквально на несколько фотонов.)

«Порционность» несколько другого рода — называемая в данном случае дискретностью — характерна для составных квантовых объектов, т. е. для таких, которые возникают при объединении нескольких простых, вообще-то способных существовать отдельно друг от друга, но организовавших себе совместное проживание. Такие составные объекты первостепенно важны для нас, потому что мы из них состоим: это атомы и молекулы. Они могут существовать только при определенных дискретных значениях энергии, которую имеют их участники.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны Многообещающие инновации 2010-х, которые оказались никому не нужны

Подборка для профилактики неоправданных ожиданий

Maxim
Пьет значит жив Пьет значит жив

Как запой оказался единственной живой темой «Живого трупа»

Weekend
Бегущий по шейкеру: как набрать массу, когда нет времени Бегущий по шейкеру: как набрать массу, когда нет времени

Что нужно делать, когда на весах нужен плюс, а на часах везде минус?

Правила жизни
Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной

Скончался наставник нескольких звезд тенниса. Роберт Лэнсдорп прожил 85 лет

VOICE
Мне нужна твоя одежда Мне нужна твоя одежда

Глеб Клинов смело заглянул в глубины шкафа и непостижимой женской души

VOICE
Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться» Психолог Александр Шахов: «У многих взрослых нет четкого ответа на вопрос, зачем учиться»

Как помочь ребенку в начале учебного года?

Psychologies
«Десять жизней Мариам»: роман о женщине, которая дождалась отмены рабства «Десять жизней Мариам»: роман о женщине, которая дождалась отмены рабства

Глава из книги «Десять жизней Мариам»

Forbes
«Все полюбили лицо, а не искусство»: Егор Зайцев — о Борисе Рыжем «Все полюбили лицо, а не искусство»: Егор Зайцев — о Борисе Рыжем

Борис Рыжий: понимаем ли мы, что стоит за любимым лирическим героем?

РБК
Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции

Почему кольчатые черви — одна из самых успешных на планете групп организмов

СНОБ
Для кофеманов! Узнайте виды кофе в Италии и почему их сложно найти в России Для кофеманов! Узнайте виды кофе в Италии и почему их сложно найти в России

Кофейная культура Италии

ТехИнсайдер
Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов Герпетологи разглядели новый вид хамелеонов на фотографиях туристов

Герпетологи описали новый вид миниатюрных хамелеонов из рода Brookesia

N+1
«Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом» «Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом»

Что не понравилось Сталину в фильме «Большая жизнь»

N+1
Разворот к человечности Разворот к человечности

Выход из социально-политического кризиса лежит в новом взгляде на человека

Монокль
Страна красивых мужчин и дорогой жизни: как и зачем россияне едут в Южную Корею Страна красивых мужчин и дорогой жизни: как и зачем россияне едут в Южную Корею

Чем Южная Корея привлекает россиян, как получить там рабочую визу?

Forbes
Утолить кадровый голод Утолить кадровый голод

Как бизнес в России решает вопрос подготовки специалистов

Монокль
«Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе «Выбор не в пользу себя»: почему женщины не занимают лидирующих позиций в бизнесе

Почему на самом деле в советах директоров или среди СЕО так мало женщин

Forbes
Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты

Можно ли оценить население Древней Греции?

ТехИнсайдер
«Золушка — это я» «Золушка — это я»

Екатерина Вилкова о теме сказок, сказочных ролях и чудесах в жизни

OK!
Со всей русской безысходностью Со всей русской безысходностью

Как лучшая картина Василия Перова отразила особенности национального запоя

Weekend
Конечно, Вася Конечно, Вася

Василий Баста Вакуленко о самокритике, драках и творческих альтер эго

Men Today
3 потребности, по которым можно распознать нарцисса в новом знакомом 3 потребности, по которым можно распознать нарцисса в новом знакомом

Как вычислить нарцисса на первом свидании?

Psychologies
Трезвость особая Трезвость особая

«Москва — Петушки» как путь праведника

Weekend
7 странных, но работающих способов найти себе пару 7 странных, но работающих способов найти себе пару

Подумать только, когда-то мы считали, что онлайн-знакомства — это странно!

VOICE
Ложь, чертеж и провокация Ложь, чертеж и провокация

Auto Union Typ 52 Schnellsportwagen – автомобиль, которого не было

Автопилот
10 фактов про современную Монголию, которые мало кто знает 10 фактов про современную Монголию, которые мало кто знает

Монголия: самая холодная столица, самое большое производство кашемира

Maxim
Какой пассажирский самолет самый большой в мире Какой пассажирский самолет самый большой в мире

Почему громадина и красавец Airbus A380 — лайнер тяжелой судьбы

Maxim
Более 5000 живущих у американцев тигров не помогут увеличить генетическое разнообразие диких сородичей Более 5000 живущих у американцев тигров не помогут увеличить генетическое разнообразие диких сородичей

Тигры, живущие у частных владельцев, не помогут обогатить генофонд диких тигров

N+1
Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере

Чтобы избежать ошибок, нужно учесть некоторые правила в подборе цвета интерьера

Лиза
Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт Что такое парасоциальные отношения и как они отразились на Чаппелл Рон и Тейлор Свифт

Почему из-за социальных сетей люди чаще вовлекаются в парасоциальные отношения?

Forbes
Домашняя роскошь Домашняя роскошь

Тонкий баланс между уютом и роскошью — золото, натуральные материалы

SALON-Interior
Открыть в приложении