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

Биологи сняли на видео глубоководного прозрачного осьминога Биологи сняли на видео глубоководного прозрачного осьминога

Биологи получили редкие видеозаписи почти прозрачного стеклянного осьминога

N+1
Антиалкогольная компания Антиалкогольная компания

Десятка выдающихся пьяниц, алкоголиков и выпивающих героев мирового киноэкрана

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
Отменить высшую меру образования: почему IT-отрасли нужны техникумы и ПТУ Отменить высшую меру образования: почему IT-отрасли нужны техникумы и ПТУ

В России существует культ высшего образования, но IT стоит от него отойти

Forbes
«Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику «Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику

Почему сотруднику может разонравиться его работа?

СНОБ
Зеленое будущее: как восемь стартапов профессора MIT создают более экологичный мир Зеленое будущее: как восемь стартапов профессора MIT создают более экологичный мир

Исследования Йет Мин Чана в области материаловедения граничат с фантастикой

Forbes
Абьюзивные отношения в советском кино: разбор на примере Гоши и Кати из фильма «Москва слезам не верит» Абьюзивные отношения в советском кино: разбор на примере Гоши и Кати из фильма «Москва слезам не верит»

Как «Москва слезам не верит» рассказывает историю абьюзивных отношений

Psychologies
Роборука отсоединилась от манипулятора и поползла Роборука отсоединилась от манипулятора и поползла

Роборука передвигается на пальцах и захватывает предметы

N+1
Связь одиночества с риском заболеваний назвали не причинной для большинства из них Связь одиночества с риском заболеваний назвали не причинной для большинства из них

Действительно ли одиночество и различные болезни взаимно влияют друг на друга?

N+1
Опасная экзотика Опасная экзотика

Будь осторожна, покупая во время путешествия колоритные местные безделушки

Лиза
Бизнес на вау-эффекте Бизнес на вау-эффекте

Какими факторами обусловлен бурный рост косметической компании «Гельтек»

Монокль
НИТКА, ведущая в небо НИТКА, ведущая в небо

Что скрывается за аббревиатурой НИТКА и какого ее предназначение?

Наука и техника
Четыре «нет»: почему женщины в Южной Корее отказываются от отношений с мужчинами Четыре «нет»: почему женщины в Южной Корее отказываются от отношений с мужчинами

Почему женщины из Южной Кореи не выходят замуж и не заводят детей?

Forbes
В светлое будущее В светлое будущее

Квартира в Тюмени обустроена с перспективой, в стильном и комфортном интерьере

Идеи Вашего Дома
«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
Антикризисная программа Антикризисная программа

Кризис семейной жизни — дело житейское, но как к нему подготовиться?

Добрые советы
Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера Всего пара кликов: как удалить браузер с компьютера

Что нужно делать, чтобы полностью удалить разные браузеры с устройства

ТехИнсайдер
Ничего личного: как строительная корпорация США создавала советскую индустрию Ничего личного: как строительная корпорация США создавала советскую индустрию

Как американская компания Bechtel Corporation помогала строить СССР

Forbes
Как заселяли Америку Как заселяли Америку

Когда именно и как шло расселение человека на американском континенте?

Наука и техника
Артиллерия в новом веке Артиллерия в новом веке

Основные направления развития рынка артиллерийского вооружения

Обозрение армии и флота
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
Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера

Лучшие материнские платы X99 для сборки достойного игрового ПК

CHIP
Успеть за 24 часа Успеть за 24 часа

Гид по Москве. Программа-минимум для тех, кто первый раз в столице

Лиза
Атомная энергетика покажет взрывной рост Атомная энергетика покажет взрывной рост

Россия отклоняется от мирового тренда в пользу атомной энергии

Монокль
Управляющий партнер фонда «ТилТех Капитал» — о том, как угодить инвестору Управляющий партнер фонда «ТилТех Капитал» — о том, как угодить инвестору

Есть ли что-то общее у бизнеса и науки?

РБК
Две классические ошибки садоводов Две классические ошибки садоводов

Что мы сплошь и рядом видим в саду? А видим мы… джунгли

Наука и жизнь
Шахматы с удочкой Шахматы с удочкой

Насколько появление доступных эхолотов изменило процесс рыбалки

ТехИнсайдер
14 фраз, из-за которых тебя перестанут воспринимать всерьез 14 фраз, из-за которых тебя перестанут воспринимать всерьез

Фразы, которые мастера красноречия советуют никогда не использовать

VOICE
Как можно использовать мяту в быту: 8 потрясающих идей Как можно использовать мяту в быту: 8 потрясающих идей

Вариантов, как можно применить мяту в быту, на самом деле целое множество!

ТехИнсайдер
Пираты в юбке: 5 неочевидных вопросов про разбойничьих капитанш Золотого века пиратства Пираты в юбке: 5 неочевидных вопросов про разбойничьих капитанш Золотого века пиратства

​​​​​​​Как пираткам удавалось избежать виселицы, когда мужчины уже были обречены

ТехИнсайдер
Открыть в приложении