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

Кабель по ТУ и ГОСТ: в чем разница? Не дайте себя обмануть Кабель по ТУ и ГОСТ: в чем разница? Не дайте себя обмануть

Объясняем, чем один кабель может отличаться от другого

CHIP
Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа

Как из подручных средств сделать ароматизатор для шкафа?

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
Подменная машина Подменная машина

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

Автопилот
Гений без всяких оговорок Гений без всяких оговорок

Воспоминания современников о физиологе Иване Павлове и его личные высказывания

Наука
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
Время в саду Время в саду

Как успешный предприниматель становится садоводом?

Новый очаг
Индивидуальность: как остаться самим собой в мире, где все стремятся выглядеть одинаково Индивидуальность: как остаться самим собой в мире, где все стремятся выглядеть одинаково

Индивидуальность: что это такое и почему её важно развивать?

Psychologies
Со всей русской безысходностью Со всей русской безысходностью

Как лучшая картина Василия Перова отразила особенности национального запоя

Weekend
На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков На приеме у психолога Аристокла: проблемы человека XXI века глазами древних греков

Историо-Терапия: можно ли в прошлом найти ответы на непростые вопросы?

Psychologies
Чем заняться в Калининграде, чтобы расслабиться? 6 беспроигрышных идей Чем заняться в Калининграде, чтобы расслабиться? 6 беспроигрышных идей

Калининград поможет легко отключиться от рутины

Psychologies
Цена убеждений: почему глобальные кризисы разрушают дружбу и как пережить эту потерю Цена убеждений: почему глобальные кризисы разрушают дружбу и как пережить эту потерю

Почему нам так больно расставаться с друзьями?

Forbes
Дикая идея Дикая идея

Итальянская верфь Wider молода, но окружена легендарными личностями

Y Magazine
Роликовые кроссовки и водный велосипед: гениальные изобретения ученых, способные изменить жизнь человека Роликовые кроссовки и водный велосипед: гениальные изобретения ученых, способные изменить жизнь человека

Ежедневно ученые изобретают приспособления и устройства, чтобы изменить жизнь

ТехИнсайдер
«Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе «Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе

Где же именно возникает зависимость от работы?

Psychologies
Товарищ Тело Товарищ Тело

«Субстанция»: еще один важный боди-хоррор

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

Зачем школьникам смартфоны?

ТехИнсайдер
Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать Вторая половинка для тех, кто родился целым: что такое близость в паре и как ее создать

Что такое истинная близость? Откуда происходит миф о половинах?

VOICE
Делиться, не владеть: как меняется рынок шеринга в России и в мире Делиться, не владеть: как меняется рынок шеринга в России и в мире

Почему рынок шеринга переживает бурный рост во всем мире?

ТехИнсайдер
Александр Домогаров: «Я такого не мог себе позволить никогда! Впервые за 60 лет сделал то, что хотел» Александр Домогаров: «Я такого не мог себе позволить никогда! Впервые за 60 лет сделал то, что хотел»

Об Александре Вертинском рассказывает народный артист Александр Домогаров

Караван историй
Икра белыми Икра белыми

Чем опасен нелегальный рынок икры для государства и потребителей

Деньги
Santa Wildberries: история одного развода Santa Wildberries: история одного развода

К чему приведёт слияние Wildberries и Russ?

Монокль
Украшения Украшения

В рейтинге RR — самые запоминающиеся драгоценности года и одно — двадцатилетия

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Рекордсмены эффективности стрельбы Рекордсмены эффективности стрельбы

Линейка стрелкового оружия семейства КОРД расширяется

Обозрение армии и флота
Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий Зайти в IT: зачем отраслевые компании выходят на рынок информтехнологий

Зачем крупные отраслевые игроки решают коммерциализировать свои IT-решения?

Forbes
50 фактов об аистах: зачем они испражняются на свои ноги и почему эти птицы — суровые родители? 50 фактов об аистах: зачем они испражняются на свои ноги и почему эти птицы — суровые родители?

Борьба самок за самцов, сон стоя, доверчивость и другие факты об аистах

ТехИнсайдер
С электроникой в башке С электроникой в башке

Как в России развиваются исследования интерфейса мозг—компьютер

Наука
Средневековые жители Заполярья поели сырой головной мозг северных оленей Средневековые жители Заполярья поели сырой головной мозг северных оленей

Как средневековые обитатели Ямала могли заразиться гельминтами

N+1
«Смешные» упражнения помогли при синдроме сухого глаза «Смешные» упражнения помогли при синдроме сухого глаза

«Смешные» упражнения эффективно облегчают симптомы синдрома сухого глаза

N+1
Как предотвратить самоубийства? 10 вопросов психологу Всероссийской службы доверия Как предотвратить самоубийства? 10 вопросов психологу Всероссийской службы доверия

Психолог службы доверия — о том, как помочь близкому с суицидальными мыслями

СНОБ
Открыть в приложении