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

Разговаривать с собой — это нормально? Разговаривать с собой — это нормально?

Скорее всего, вам случалось говорить самим с собой — мысленно или даже вслух

Psychologies
Ржавое золото Ржавое золото

Автомобильные реликвии, которые обнаруживают слишком поздно

Men Today
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
«Бриджертоны» — 80 миллионов поклонников и мгновенная слава актеров «Бриджертоны» — 80 миллионов поклонников и мгновенная слава актеров

О закулисье «Бриджертонов» и историях актеров, сыгравших самые яркие роли

Караван историй
Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века

В 2050 мировой сельхозсектор может перейти к отрицательным углеродным выбросам

N+1
Это их угробит: 5 вещей, которые ни в коем случае нельзя мыть меламиновой губкой Это их угробит: 5 вещей, которые ни в коем случае нельзя мыть меламиновой губкой

Не каждая хозяйка знает, что меламиновые губки подходят не для всякой работы

ТехИнсайдер
Пищевая перезагрузка Пищевая перезагрузка

Как сидеть на диете и не срываться, если в семье худеешь только ты

Лиза
«...Умер Плеханов. Его съела родина...» «...Умер Плеханов. Его съела родина...»

9 июня страна провожала в последний путь выдающегося человека своего времени...

Дилетант
Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты

Почему пьяные водители часто выживают в авариях?

ТехИнсайдер
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
Морские губки отпугивают хищников ядовитым молибденом Морские губки отпугивают хищников ядовитым молибденом

У губок в Эйлатском заливе есть оригинальный способ отпугивания хищников

ТехИнсайдер
Расул вошел, Расул вышел Расул вошел, Расул вышел

Jetour T2 как пример новой внедорожности

Автопилот
Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле

Все о раздаточной коробке: назначение, виды, неисправности

РБК
Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье Карта перемен: как за 15 лет изменилось положение женщин в обществе, бизнесе и семье

Как изменились позиции женин на российском рынке труда?

Forbes
Премудрость букв Премудрость букв

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

Вокруг света
Битва за каждую яхту Битва за каждую яхту

Кирилл Шабалов о том, что происходит на российском брокеражном рынке

Y Magazine
Дым, милый дым Дым, милый дым

Как создать идеальный автомобиль для дрифта

Men Today
Энергия для жизни Энергия для жизни

Комфортное, уютное и стильное пространство, способствующее релаксации

Идеи Вашего Дома
Творческий район Творческий район

Светлый, уютный интерьер с приятными тёплыми оттенками и яркими акцентами

Идеи Вашего Дома
«Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать» «Прогноз погоды на сто лет. Как меняется климат Земли и что с этим делать»

Как изменение температуры приводит в движение экосистемы

N+1
Эта контрастная планета Эта контрастная планета

«Аэлита» Якова Протазанова — первый большой фильм о космическом полете

Наука
Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка Детки в клетке: что такое квадробинг и может ли он быть опасным для ребенка

Может ли квадробинг нанести вред детской психике?

Forbes
9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей 9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей9 уникальных комнатных растений, которые украсят дом и удивят гостей

У комнатных растений много суперсил

VOICE
Разница в таблетках Разница в таблетках

Дешевые аналоги дорогих лекарств – стоит ли экономить на здоровье?

Лиза
Гастромир изнутри Гастромир изнутри

Что делает гастросцену России такой уникальной и успешной?

Men Today
Синдром навязчивых грез: что это такое, симптомы расстройства, как избавиться Синдром навязчивых грез: что это такое, симптомы расстройства, как избавиться

Когда воображение уводит нас слишком далеко и как понять, что мы уже «не норм»?

Psychologies
Весомый вопрос Весомый вопрос

Может ли семаглутид вызвать привыкание или другие негативные последствия?

Psychologies
Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство» Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство»

Рассказ, созданный Дмитрием Захаровым и искусственным интеллектом YandexGPT

СНОБ
Может ли взорваться аккумулятор в телефоне Может ли взорваться аккумулятор в телефоне

Новая фобия: аккумулятор вашего мобильного гаджета может взорваться

CHIP
Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции Что случилось у червей: маленькая загадка большой эволюции

Почему кольчатые черви — одна из самых успешных на планете групп организмов

СНОБ
Открыть в приложении