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

Станция «Динамо» Станция «Динамо»

Анекдоты про жен, отлынивающих от секса, пора переписывать

Добрые советы
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
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
Хватит краснеть Хватит краснеть

Почему мы стали пить белое вино, да еще и большими глотками?

СНОБ
На новой высоте На новой высоте

Квартира непростой архитектуры, с огромной антресолью и множеством несущих балок

Идеи Вашего Дома
4 явления, с которыми вы обязательно столкнетесь на сеансах у психолога 4 явления, с которыми вы обязательно столкнетесь на сеансах у психолога

Что происходит с нами во время работы с психотерапевтом?

Psychologies
Скажите «Нихао!» Скажите «Нихао!»

Правила этикета сделают переговоры с китайскими партнёрами более эффективными

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Устраивают «вонючие бои» и имеют два языка: 5 внезапных фактов о лемурах Устраивают «вонючие бои» и имеют два языка: 5 внезапных фактов о лемурах

Лемуры — необычные животные, о которых вы многого не знаете

ТехИнсайдер
Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие

Почему одним людям мукбанг нравится, а других раздражает?

Psychologies
Расул вошел, Расул вышел Расул вошел, Расул вышел

Jetour T2 как пример новой внедорожности

Автопилот
Сейчас напишут Сейчас напишут

Как бьюти-блогеры меняют индустрию красоты и за что им бывает стыдно

Новый очаг
Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек Почему на ногах остаются следы от резинки носков? Это не обязательно отек

Следы от резинок носков могут быть временным и совершенно нормальным явлением

ТехИнсайдер
Ученые описали новую систему групп крови после 50 лет поисков Ученые описали новую систему групп крови после 50 лет поисков

Ученые описали новую систему групп крови. Она получила название MAL

ТехИнсайдер
Зачем нужна астрохимия? Зачем нужна астрохимия?

Чем занимается астрохимия, когда и как она выделилась в самостоятельную науку

Знание – сила
Один раз, еще не жена Один раз, еще не жена

Однажды я провел за два года три свадьбы у одной и той же невесты!

Men Today
Зачем пенсионеры ищут партнеров для сожительства и при чем тут «индекс Кэрри Брэдшоу» Зачем пенсионеры ищут партнеров для сожительства и при чем тут «индекс Кэрри Брэдшоу»

Кто такие буммейты и почему жить с соседями сегодня наиболее выгодно

Forbes
Кто придумал Гамлета? Кто придумал Гамлета?

Гамлет, принц датский, впервые увидел свет задолго до Шекспира

Дилетант
Трудно пить богу Трудно пить богу

Как Алексей Герман снял фильм-запой

Weekend
Защитит зубы и сердце! Вот чем сыр полезен для здоровья: интересные факты Защитит зубы и сердце! Вот чем сыр полезен для здоровья: интересные факты

Сыр: богат питательными веществами и полезен для сердца

ТехИнсайдер
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
Заговор «мертвого интернета»: правда ли, что ботов в сети больше, чем людей? Заговор «мертвого интернета»: правда ли, что ботов в сети больше, чем людей?

Кто доминирует в онлайн-пространстве: реальные пользователи или боты?

ТехИнсайдер
Мне нужна твоя одежда Мне нужна твоя одежда

Глеб Клинов смело заглянул в глубины шкафа и непостижимой женской души

VOICE
Засуха напомнила о сберегающих технологиях Засуха напомнила о сберегающих технологиях

Как проходит внедрение новаторского метода посева без вспашки поля

Монокль
Природный «паспортный контроль»: что такое линия Уоллеса и почему птицы и животные никогда ее не пересекают Природный «паспортный контроль»: что такое линия Уоллеса и почему птицы и животные никогда ее не пересекают

Линия Уоллеса: что это за явление, как ученые его обнаружили и объяснили

ТехИнсайдер
Прогулка по местам из произведений Толкина и игры «Монополия»: 10 необычных видов туризма, о которых вы могли не знать Прогулка по местам из произведений Толкина и игры «Монополия»: 10 необычных видов туризма, о которых вы могли не знать

Способы путешествовать, которые удивят даже заядлых туристов

ТехИнсайдер
Мягкая сила Мягкая сила

Выбираем матрас для комфортного сна

Лиза
Не спускайся вниз: как важные хорроры, постхорроры и слоубернеры последних лет изменили жанр Не спускайся вниз: как важные хорроры, постхорроры и слоубернеры последних лет изменили жанр

Хоррор-проекты, которые кардинально трансформировали жанр

Правила жизни
Что будет, если заменить батареи теплым полом: ваше сердце не скажет спасибо, считает ученый из МЭИ Что будет, если заменить батареи теплым полом: ваше сердце не скажет спасибо, считает ученый из МЭИ

Можно ли отопить дом только теплым полом?

ТехИнсайдер
Что такое Германская Новая Медицина и чем она опасна: объяснение врача Что такое Германская Новая Медицина и чем она опасна: объяснение врача

Германская Новая Медицина — метод лечения, считающийся шарлатанством

Psychologies
Семь симптомов диабета Семь симптомов диабета

На ранних стадиях диабет хорошо лечится, главное – не упустить время!

Здоровье
Открыть в приложении