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

Шоу должно продолжаться Шоу должно продолжаться

Самые интересные премьеры Женевского автосалона

Популярная механика
Дорога жизни Дорога жизни

Сильное интервью с Александром Ильиным о роли в сериале “Трасса”

Men Today
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
Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона Аналог полиции и прототип ФБР: история Национального детективного агентства Пинкертона

Пинкертоны: одно из первых детективных агентств

ТехИнсайдер
20 скрытых причин лишнего веса 20 скрытых причин лишнего веса

Какие мотивы могут скрываться за набором избыточного веса?

Psychologies
Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка

Может ли квадробинг нанести вред детской психике?

Forbes
Кладовая России Кладовая России

Не обязательно иметь загранпаспорт, чтобы увидеть парящие горы Тяньцзи

Лиза
Квантовая нейросеть «видит» оптические иллюзии, как человек Квантовая нейросеть «видит» оптические иллюзии, как человек

Что такое квантовое туннелирование и как оно помогает обучать нейросети?

ТехИнсайдер
По кругу По кругу

На краю деревни, среди леса стоит дом, в который хочется привести каждого

Seasons of life
Как повысить уровень жизни: техника маленьких шагов Как повысить уровень жизни: техника маленьких шагов

Что такое «денежный потолок» и как его расширить, улучшив качество жизни

Psychologies
«Безопасность — миф»! Эксперт из США рассказал, нужны ли школьникам смартфоны «Безопасность — миф»! Эксперт из США рассказал, нужны ли школьникам смартфоны

Зачем школьникам смартфоны?

ТехИнсайдер
Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня Генетики выделили ДНК из семи неандертальских зубов из пещеры Стайня

С кем по материнской линии связаны неандертальцы из пещеры Стайня?

N+1
Если это не любовь, то что? Если это не любовь, то что?

Почему для некоторых из нас близкие отношения становятся источником стресса?

Psychologies
Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться

Почему люкс загоняет нас в психологическую ловушку?

Forbes
«Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга «Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга

Как выстроить эффективную систему помощи людям с болезнью БАС

Forbes
Из Древней Руси – в космос Из Древней Руси – в космос

Захватывающее дух путешествие по страницам истории на Спасской земле

Отдых в России
Микроэлектронику растят льготами Микроэлектронику растят льготами

Радиоэлектронная промышленность получит дополнительные преференции

Монокль
Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам Бренд или не бренд: при поиске работы треть соискателей не доверяют франшизам

Почему соискатели не готовы рассматривать вакансии в компаниях-франчайзи?

Forbes
«Рыжий и был этим временем» «Рыжий и был этим временем»

Семен Серзин о Борисе Рыжем и своем фильме «Рыжий»

Weekend
3 роли, которые вынужденно играют дети в семье родителей-нарциссов 3 роли, которые вынужденно играют дети в семье родителей-нарциссов

«Золотой ребенок», «козел отпущения» — роли детей в семье нарциссов

Psychologies
Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга

Чем азиатский геймдев отличается от западного?

Forbes
Что почитать этой осенью: 5 научно-фантастических книг, которые должны быть в вашем plan to read Что почитать этой осенью: 5 научно-фантастических книг, которые должны быть в вашем plan to read

Подборка книг, которые помогут пробудить креатив и предположить, что нас ждет

ТехИнсайдер
13 игр с поцелуями — от тех, которые оживят вашу прелюдию, до тех, которые подойдут для вечеринки 13 игр с поцелуями — от тех, которые оживят вашу прелюдию, до тех, которые подойдут для вечеринки

Игры с поцелуями: как насчет еще одного повода поцеловаться?

VOICE
Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении

Шаровая молния: загадочное явление, которое притягивает и пугает одновременно

ТехИнсайдер
Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна

Зачем вообще нужна стабилизация изображения в смартфонах и камерах?

CHIP
Респект Респект

Фотограф Максим Чуркин каждую съемку превращает в живопись музейного уровня

Собака.ru
Другой фокус Другой фокус

Ольга Сутулова о детских комплексах и новой философии красоты

Новый очаг
Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего? Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего?

Почему лето называется именно бабьим?

ТехИнсайдер
Как не дать детям от первого брака разрушить семью: 5 ситуаций Как не дать детям от первого брака разрушить семью: 5 ситуаций

Знакомо ли вам такое понятие, как «лоскутная» семья?

Psychologies
Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи Андрей Шаповалов: К исследованию шаманизма меня привели духи

Андрей Шаповалов о том, почему шаманские ритуалы не такие, как думают обыватели

СНОБ
Открыть в приложении