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

Лунная пыль. Как космическая разработка может остановить изменение климата на Земле Лунная пыль. Как космическая разработка может остановить изменение климата на Земле

Какие еще технологии применяют для того, чтобы охладить планету

СНОБ
Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать? Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать?

Почему же нам не хватает таких поверхностных, хоть и частых контактов с другими?

Psychologies
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
«Мама, ты ломаешь меня»: с чего начинается травма детства «Мама, ты ломаешь меня»: с чего начинается травма детства

Как формируется детская травма и за что несут ответственность родители?

Psychologies
Синдром главного героя в психологии: признаки и как от него избавиться Синдром главного героя в психологии: признаки и как от него избавиться

Почему иногда люди ведут себя так, будто они главные герои фильма или сериала?

Psychologies
Ученые впервые изучили состав породы с обратной стороны Луны Ученые впервые изучили состав породы с обратной стороны Луны

О чем могут рассказать базальтовые породы с дальней стороны Луны

ТехИнсайдер
От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино

На примере самых заметных проектов: трансформация образа экранного родителя.

Правила жизни
Московский Монмартр Московский Монмартр

Городок художников, притаившийся в необычных домах 1930-1950х годов

Seasons of life
Не фантазия, а реальность: как фиджитал становится инструментом бизнеса Не фантазия, а реальность: как фиджитал становится инструментом бизнеса

Фиджитал становится для компаний важным инструментом для продвижения

Forbes
Елизавета Базыкина Елизавета Базыкина

24-летняя звезда Театра на Бронной Елизавета Базыкина — артистка новой формации

Собака.ru
В чем польза боярышника и что из него можно приготовить В чем польза боярышника и что из него можно приготовить

Боярышник: что это за ягода и чем он полезен?

РБК
Вес попутал Вес попутал

Росина Сефиен – о том, как одеваться, если ты плюс-сайз

VOICE
Яхта особого назначения Яхта особого назначения

Давайте посмотрим, что такого особенного в суперъяхте Eternal Spark

Y Magazine
Дальше — больше Дальше — больше

Российские художники, чьи инсталляции меняют взгляд человека на окружающий мир

СНОБ
Королевские игры Королевские игры

Фрагменты документальной книги Тины Браун «Дом Виндзоров»

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Электроусилитель руля. Как он работает и чем отличается от гидроусилителя Электроусилитель руля. Как он работает и чем отличается от гидроусилителя

Как электроусилитель руля помогает водителю?

РБК
История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги» История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги»

Отрывок из книги о том, как и почему люди стали прямоходящими

СНОБ
«Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами «Под рекой»: история женщины, столкнувшейся со своим прошлым и детскими страхами

Глава из романа Аси Демишкевич «Под рекой»

Forbes
Владивосток: зрелища и смыслы Владивосток: зрелища и смыслы

Во Владике есть на что посмотреть и что оценить

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Польза лаврового листа: 6 свойств Польза лаврового листа: 6 свойств

Зачем нужен лавровый лист и какими качествами он обладает

РБК
Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты

Почему пьяные водители часто выживают в авариях?

ТехИнсайдер
Как выявить рак на ранней стадии: инструкция от врача-онколога Как выявить рак на ранней стадии: инструкция от врача-онколога

Шаги для минимизации риска возникновения и прогрессирования рака

Psychologies
И не друг, и не враг, а так: как ИИ-разработчики развивают этические стандарты И не друг, и не враг, а так: как ИИ-разработчики развивают этические стандарты

Как разработчики ИИ реализуют известный принцип «не навреди»

Forbes
Каждому по наклонностям Каждому по наклонностям

Режиссеры и их фирменные напитки

Weekend
Катерина Мурашова: почему подростки ищут альтернативные реальности Катерина Мурашова: почему подростки ищут альтернативные реальности

Что стоит за увлечением играми, фэнтези и животными альтер-эго?

СНОБ
Такой простой и трудный ЗОЖ Такой простой и трудный ЗОЖ

Точного определения того, что означает ЗОЖ, практически не существует

Здоровье
Земля кипящая Земля кипящая

Долина гейзеров на полуострове Камчатка уникальна в мировом масштабе

Лиза
«Револьвер»: стоит ли смотреть новый корейский триллер с мажором Чжи Чан Уком и очень хитрым Ли Джон Джэ «Револьвер»: стоит ли смотреть новый корейский триллер с мажором Чжи Чан Уком и очень хитрым Ли Джон Джэ

«Револьвер»: история о женщине в беде, которая спасает саму себя

VOICE
Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане? Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане?

Почему на Титане можно представить только неземлеподобную жизнь?

Наука и техника
Инвестиции на автомате Инвестиции на автомате

Как устроены робоэдвайзеры и кому они нужны

Деньги
Открыть в приложении