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

Что такое галлюцинации, при чем тут шизофрения и всегда ли опасны голоса в голове: объясняет психиатр Что такое галлюцинации, при чем тут шизофрения и всегда ли опасны голоса в голове: объясняет психиатр

Как рождаются галлюцинации и чем отличаются от иллюзий?

Psychologies
«Субстанция»: безумный боди-хоррор с Деми Мур о страхах стареющей кинозвезды «Субстанция»: безумный боди-хоррор с Деми Мур о страхах стареющей кинозвезды

«Субстанция»: яростная просьба отстать от женщин и их внешности

Forbes
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
Как после Второй мировой войны возрождались автомобильные гонки Как после Второй мировой войны возрождались автомобильные гонки

Глава из работы Жана-Луи Монсе «Большая книга Формулы-1»

СНОБ
Во власти вещей Во власти вещей

Как получать удовольствие от покупок, но не впадать в крайности

Psychologies
На пике тренда На пике тренда

Где приобщиться к моде на летний отдых на горнолыжных курортах?

Men Today
«Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах «Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах

В подборке книг — исследования на темы шизофрении, аутизма и зависимостей

Правила жизни
Как наладить общение с родителями партнера: 6 правил Как наладить общение с родителями партнера: 6 правил

Как партнеру наладить контакт с вашей семьей?

Psychologies
Ненужный кубок: почему ФИФА не может выгодно продать права на клубный чемпионат мира Ненужный кубок: почему ФИФА не может выгодно продать права на клубный чемпионат мира

ФИФА так и не удалось заключить выгодный контракт на клубный чемпионат мира

Forbes
Что сделает вас успешным лидером? Эксперт рассказал, какой юмор нужно использовать! Что сделает вас успешным лидером? Эксперт рассказал, какой юмор нужно использовать!

Самоуничижение — полезный инструмент для людей, которые хотят получить внимание

ТехИнсайдер
Не хочу быть зависимой Не хочу быть зависимой

Что делать, если лекарство из средства экстренной помощи становится постоянным

Лиза
«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
С первого взгляда С первого взгляда

Как расширить маленькую прихожую визуально и не только: подсказки и лайфхаки

Добрые советы
Взаимовыгодный альянс Взаимовыгодный альянс

Покупка U. S. Steel японскими металлургами имеет выгоду для обеих сторон

Монокль
Фантазии на тему любви Фантазии на тему любви

Функциональный и удобный интерьер в соответствии с духом времени

Идеи Вашего Дома
Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету

Почему Леонардо Ди Каприо и другие звезды занялись защитой планеты?

Forbes
Гостья из космоса Гостья из космоса

Актриса Софья Лебедева — о фантастике, свободе и страхах

OK!
Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст

Малышка по имени Марджори Уэст таинственно исчезла в лесах Пенсильвании

ТехИнсайдер
Как правильно ухаживать за разделочными досками Как правильно ухаживать за разделочными досками

Поддержание досок в идеальном состоянии  — это не просто прихоть «красоты»

ТехИнсайдер
14 октября в Киришах 14 октября в Киришах

Больше двух лет я работал на этой стройке диспетчером СМУ-58 стройтреста 46...

Дилетант
Tsoy: «Без поражений не бывает побед» Tsoy: «Без поражений не бывает побед»

Обсудили с певцом Tsoy любовь к фитам, глупые траты и абсолютное счастье

VOICE
Эпигенетика: стресс (не) по наследству Эпигенетика: стресс (не) по наследству

Действительно ли все эпигенетические феномены являются эпигенетическими

Наука и жизнь
Чип, создавший современный мир Чип, создавший современный мир

Попытка понять законы развития важнейшей отрасли современной экономики

Монокль
Александр Никишин Александр Никишин

Знакомьтесь, капитан ХК СКА Александр Никишин — лидер клуба-фаворита

Собака.ru
За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом

Апокалиптичный вестерн, маскирующийся под историю о дружбе человека и собаки

СНОБ
Voyager включил двигатели, которые не использовал 44 года: они все еще работают! Voyager включил двигатели, которые не использовал 44 года: они все еще работают!

Как инженеры NASA умудряются продлить работу космического аппарата Voyager

ТехИнсайдер
HAVAL H5: Лёгкий, длинный и не слишком дорогой HAVAL H5: Лёгкий, длинный и не слишком дорогой

Замена Chevrolet Tahoe — Haval Н5: весит меньше, а стоит дешевле

4x4 Club
Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»? Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»?

О параллелях, смыслах и оглушающем эффекте сериала «Аутсорс»

Правила жизни
Глава Дагестана Сергей Меликов — Forbes: «Здесь всегда будут свои отношения» Глава Дагестана Сергей Меликов — Forbes: «Здесь всегда будут свои отношения»

Чем отличается дагестанская история имама Шамиля от общепринятой версии?

Forbes
Накреативил и устал: что руководители думают о сотрудниках-зумерах Накреативил и устал: что руководители думают о сотрудниках-зумерах

Любовь и ненависть к зумерам: как менеджеры находят с ними общий язык?

Forbes
Открыть в приложении