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

7,3 млн рублей за 4,8 секунд: зачем в России спортивный внедорожник Audi SQ8 7,3 млн рублей за 4,8 секунд: зачем в России спортивный внедорожник Audi SQ8

Одна из важных новинок 2020 года — Audi SQ8

Forbes
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
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
Кто придумал Гамлета? Кто придумал Гамлета?

Гамлет, принц датский, впервые увидел свет задолго до Шекспира

Дилетант
Часы Часы

Главные часы года: астрономические усложнения и ювелирное искусство

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Миллиард долгов: как бывший партнер Усманова пытается продать кризисный «Эвертон» Миллиард долгов: как бывший партнер Усманова пытается продать кризисный «Эвертон»

Долги «Эвертона» превысили 1 млрд фунтов, из-за чего его не могут продать

Forbes
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
Микробиота кишечника определяет социальное поведение Микробиота кишечника определяет социальное поведение

Какие гены участвуют в механизме взаимодействия мозга и кишечника?

Наука
Анна Горбунова: «Счастье – это я» Анна Горбунова: «Счастье – это я»

Когда стоит идти к психологу и как найти своего специалиста

Лиза
Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать

Почему лучше воздержаться от советов, если ребенок о них не просит

Psychologies
Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике

Что физика помогла нам узнать о мире вокруг нас?

ТехИнсайдер
Ученые рассказали, как на старение внуков влияет образование дедушек и бабушек Ученые рассказали, как на старение внуков влияет образование дедушек и бабушек

Как образование предков влияет на наше здоровье?

ТехИнсайдер
И снова стать собой! И снова стать собой!

Как вернуть вкус к жизни: 12 рабочих приемов против апатии

Лиза
5 книг с героями, которые идут наперекор принятым правилам 5 книг с героями, которые идут наперекор принятым правилам

Мун, Гармус, Попова: 5 книг с вдохновляющими главными героями

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

Зачем школьникам смартфоны?

ТехИнсайдер
Вечный ЗОЖ Вечный ЗОЖ

Почему любительский спорт переживает ренессанс

Men Today
Расул вошел, Расул вышел Расул вошел, Расул вышел

Jetour T2 как пример новой внедорожности

Автопилот
Московский Монмартр Московский Монмартр

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

Seasons of life
Подменная машина Подменная машина

BAIC BJ40 выглядит так, будто приехал к нам из прошлого тысячелетия

Автопилот
Как гинеколог Тавхида бен Шейх делала медицину в Тунисе доступной для женщин Как гинеколог Тавхида бен Шейх делала медицину в Тунисе доступной для женщин

Гинеколог Тавхида бен Шейх не только лечила женщин, но и боролась за их права

Forbes
С электроникой в башке С электроникой в башке

Как в России развиваются исследования интерфейса мозг—компьютер

Наука
Ржавое золото Ржавое золото

Автомобильные реликвии, которые обнаруживают слишком поздно

Men Today
Шведские роботы против Балтийского флота Шведские роботы против Балтийского флота

Как маленькая нейтральная Швеция стала одним из пионеров ракетостроения

Обозрение армии и флота
Не навреди: чем может быть опасен гипноз Не навреди: чем может быть опасен гипноз

Какую опасность могут скрывать сеансы гипноза?

ТехИнсайдер
Иногда банан — это не просто банан: пятиминутный путеводитель по этим фруктам в искусстве Иногда банан — это не просто банан: пятиминутный путеводитель по этим фруктам в искусстве

Банан: как в разные времена художники к нему обращались?

Правила жизни
Рекордсмены эффективности стрельбы Рекордсмены эффективности стрельбы

Линейка стрелкового оружия семейства КОРД расширяется

Обозрение армии и флота
Гуамских зимородков вернули в природу спустя 36 лет Гуамских зимородков вернули в природу спустя 36 лет

Гуамские альционы вернулись в природу впервые за 36 лет

N+1
Все побежали — и я побежал: кому нужны онлайн-марафоны, а кому они только навредят Все побежали — и я побежал: кому нужны онлайн-марафоны, а кому они только навредят

Почему не стоит верить марафонам желаний?

VOICE
Цветущая сложность в эпоху тотальной медиатизации: говорят физики Цветущая сложность в эпоху тотальной медиатизации: говорят физики

Какие стратегии медийной самопрезентации используются научными вузами и учеными

Наука
Антикризисная программа Антикризисная программа

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

Добрые советы
Открыть в приложении