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

Тернистый путь: ​почему «честный бизнес» актрисы Джессики Альбы на подгузниках и салфетках не взлетел Тернистый путь: ​почему «честный бизнес» актрисы Джессики Альбы на подгузниках и салфетках не взлетел

Почему не стоит покупать акции бренда Джессики Альбы

Forbes
Вот что интересно узнать о пестрой и жужжащей птичке: 15 любопытных фактов о колибри Вот что интересно узнать о пестрой и жужжащей птичке: 15 любопытных фактов о колибри

Забавные колибри примечательны не только своими миниатюрными размерами!

ТехИнсайдер
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
Дело Дурова: где право и ключи? Дело Дурова: где право и ключи?

Что же французам было нужно от Павла Дурова на самом деле?

Монокль
Творческий район Творческий район

Светлый, уютный интерьер с приятными тёплыми оттенками и яркими акцентами

Идеи Вашего Дома
Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое Лю Чжэньюнь: Когда я смотрю спектакли по моим произведениям, я каждый раз открываю в них что-то новое

Китайский писатель Лю Чжэньюнь о визитах в Россию и русской литературе

СНОБ
Яна Крайнова: «Даже после успеха «Дневника доктора Зайцевой» я чувствовала себя самозванкой» Яна Крайнова: «Даже после успеха «Дневника доктора Зайцевой» я чувствовала себя самозванкой»

На любых актерских курсах учат: актриса не должна много думать головой

Коллекция. Караван историй
Астрономы отыскали самые длинные джеты у активной галактики Астрономы отыскали самые длинные джеты у активной галактики

Астрономы отыскали рекордно длинную систему джетов у активной галактики

N+1
Хватит краснеть Хватит краснеть

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

СНОБ
Мухи у них Мухи у них

Краткая история «Повелителя мух» в 20 пунктах

Weekend
5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения 5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения

Несложные настройки, чтобы обезопасить старшее поколение от риска потери гаджета

CHIP
Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать? Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать?

Почему же нам не хватает таких поверхностных, хоть и частых контактов с другими?

Psychologies
Почему морскую свинку называют морской свинкой? Почему морскую свинку называют морской свинкой?

Как объяснить ребенку, почему грызуна назвали морской свинкой?

ТехИнсайдер
Восток VS Запад Восток VS Запад

Как относятся к радостям жизни на Востоке и Западе

Добрые советы
Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме

Жанр бояръ-аниме  активно развивается и получает все новых и новых поклонников

Maxim
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
Елизавета Базыкина Елизавета Базыкина

24-летняя звезда Театра на Бронной Елизавета Базыкина — артистка новой формации

Собака.ru
Как в России жили, спивались и умирали слоны Как в России жили, спивались и умирали слоны

Трагические истории слонов, которых дарили персидские правители российским царям

СНОБ
Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене Что следует делать и как ни в коем случае нельзя поступать, если ты узнала об измене

Как не наломать дров, пока пытаешься справиться с болью от измены партнера

VOICE
Не навреди: чем может быть опасен гипноз Не навреди: чем может быть опасен гипноз

Какую опасность могут скрывать сеансы гипноза?

ТехИнсайдер
Проживание вдалеке от магазинов в детстве повысило риск ожирения в подростковом возрасте Проживание вдалеке от магазинов в детстве повысило риск ожирения в подростковом возрасте

Как ограниченный доступ к продуктам питания связан с развитием ожирения?

N+1
А вот и не слипнется А вот и не слипнется

Тяга к сладкому возникла задолго до того, как появились шоколадные эклеры

N+1
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
Мне нужна твоя одежда Мне нужна твоя одежда

Глеб Клинов смело заглянул в глубины шкафа и непостижимой женской души

VOICE
Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают Много вопросов, мало ответов: почему тесты на определение профессии не работают

Кем быть? Как найти дело, которое не только нравится, но и приносит деньги?

Forbes
Премудрость букв Премудрость букв

Чтобы прочесть текст на латыни или на церковнославянском, мало знать язык

Вокруг света
Загадка человеческой психики: как формируются фобии Загадка человеческой психики: как формируются фобии

Фобии: как именно они возникают, что становится катализатором?

ТехИнсайдер
В своих стенах. Строительство дома с помощью маткапитала: как выбрать подрядчика В своих стенах. Строительство дома с помощью маткапитала: как выбрать подрядчика

Какие подводные камни ждут при строительстве дома и что необходимо предусмотреть

Лиза
Гастромир изнутри Гастромир изнутри

Что делает гастросцену России такой уникальной и успешной?

Men Today
Отставка Отставка

От заседания Президиума ЦК 13 и 14 октября 1964 г. осталась протокольная запись

Дилетант
Открыть в приложении