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

Фатима Дзгоева: «Многие ищут средство Макропулоса, только не от старения, а для похудения. Но его ещё никто не придумал, оно в нас самих» Фатима Дзгоева: «Многие ищут средство Макропулоса, только не от старения, а для похудения. Но его ещё никто не придумал, оно в нас самих»

Фатима Дзгоева об ожирении, воспалительных клетках и ИМТ

Здоровье
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
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
История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги» История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги»

Отрывок из книги о том, как и почему люди стали прямоходящими

СНОБ
Таланты из России дорожают, легионеры дешевеют: как изменились цены на игроков РПЛ Таланты из России дорожают, легионеры дешевеют: как изменились цены на игроков РПЛ

Портал Transfermarkt обновил цены на игроков Российской премьер-лиги (РПЛ)

Forbes
Плакун-трава Плакун-трава

Яркий акцент пейзажа, как вызов цветовому постоянству — это зацвёл дербенник!

Наука и жизнь
Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков Как вычислить нарцисса по переписке: 7 тревожных звоночков

Как распознать, что вы переписываетесь с нарциссом? Вот семь признаков

Psychologies
Товарищ Тело Товарищ Тело

«Субстанция»: еще один важный боди-хоррор

Weekend
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
Наши сияющие 30 Наши сияющие 30

О том, как меняются наши взгляды на красоту и возраст

Новый очаг
Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах

Как выправить ситуацию в «проседающей» компании

РБК
«Холли»: драма о девочке со сверхспособностями, одиночестве и жажде признания «Холли»: драма о девочке со сверхспособностями, одиночестве и жажде признания

«Холли» — нетривиальная драма взросления с мистическим уклоном

Forbes
Масличные пойдут в рост Масличные пойдут в рост

Урожай может сократиться, а цены на него — увеличиться

Агроинвестор
Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека? Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека?

Вас никогда не интересовало, как по паспорту зовут главных героев — Чука и Гека?

ТехИнсайдер
Солист группы «Комната культуры» Евгений Трофимов: Песню «Поезда» я написал за 20 минут Солист группы «Комната культуры» Евгений Трофимов: Песню «Поезда» я написал за 20 минут

Какую песню Евгений Трофимов называет самой «выстраданной»

СНОБ
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
«Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так «Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так

Как понять, что ваша жизнь действительно походит мимо?

Psychologies
Пьет значит жив Пьет значит жив

Как запой оказался единственной живой темой «Живого трупа»

Weekend
Сьюзен Таубес «Развод». Впервые на русском Сьюзен Таубес «Развод». Впервые на русском

Отрывок из забытого романа Сьюзен Таубес «Развод»

СНОБ
(Не) привязаться к психотерапевту (Не) привязаться к психотерапевту

Стоит ли привязываться к психологу и бороться с возникшей привязанностью?

Psychologies
Вторая личность Вторая личность

Ужасно интересная премьера Haval F7

Автопилот
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
Кетодиета Кетодиета

Кетодиета остаётся предметом изучения и споров

Здоровье
Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма

Истории детей и подростков, которые примеряют на себя образы животных

СНОБ
Гастрономия Гастрономия

Лучшие шефы: признанные и начинающие. Места, куда всегда хочется вернуться

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Легенда морей Легенда морей

«Легенда» уже нашего времени, в реальности которой нет никаких сомнений

Y Magazine
Семь симптомов диабета Семь симптомов диабета

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

Здоровье
«Я пишу здесь только правду». Отрывок из дневников Ольги Берггольц «Я пишу здесь только правду». Отрывок из дневников Ольги Берггольц

Отрывок из дневниковых записях о последних днях жизни мужа Ольги Берггольц

СНОБ
Уроки смыло наводнением: как климатический кризис мешает школьникам хорошо учиться Уроки смыло наводнением: как климатический кризис мешает школьникам хорошо учиться

Наиболее яркие примеры влияния погоды на образовательный процесс

Forbes
Григорий Сергеев: Ищу человека Григорий Сергеев: Ищу человека

История-поиск о тех, кто потерялся и нашел (в том числе себя)

Maxim
Открыть в приложении