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

Как жара влияет на организм Как жара влияет на организм

Врач объяснил, что происходит с нашим телом под воздействием высокой температуры

Psychologies
Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана

По каким признакам можно понять, что партнер вас использует?

Psychologies
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
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
«Я сегодня смеюсь над собой... Мне так хочется счастья и ласки...» «Я сегодня смеюсь над собой... Мне так хочется счастья и ласки...»

Имя Александра Вертинского известно каждому в нашей стране, да и за рубежом

Караван историй
Четыре «нет»: почему женщины в Южной Корее отказываются от отношений с мужчинами Четыре «нет»: почему женщины в Южной Корее отказываются от отношений с мужчинами

Почему женщины из Южной Кореи не выходят замуж и не заводят детей?

Forbes
«Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга «Жалость губительна»: как помогают людям с таким диагнозом, как у Стивена Хокинга

Как выстроить эффективную систему помощи людям с болезнью БАС

Forbes
7 странных, но работающих способов найти себе пару 7 странных, но работающих способов найти себе пару

Подумать только, когда-то мы считали, что онлайн-знакомства — это странно!

VOICE
Творческий район Творческий район

Светлый, уютный интерьер с приятными тёплыми оттенками и яркими акцентами

Идеи Вашего Дома
«Я не верю, что существуют тупиковые ситуации» «Я не верю, что существуют тупиковые ситуации»

«Шуйские ситцы» запускает уникальный проект по производству ткани из дерева

Монокль
Книга ангела Книга ангела

Келлская книга: элементы христианской и языческой кельтской культуры

Вокруг света
Инженеры строят новую Атлантиду: как мы незаметно оказались на пороге эры подводных городов Инженеры строят новую Атлантиду: как мы незаметно оказались на пороге эры подводных городов

Похоже, в текущем десятилетии человечество все же сделает шаг в воду

ТехИнсайдер
Инь-ян Инь-ян

Что означает древний символ инь-ян и как применять его силу на практике

Лиза
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
Автомобили Автомобили

Рекорды мощности, внимание к деталям и всеобщая цифровизация лучших автомобилей

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Как мир становился многополярным Как мир становился многополярным

Почему концепция многополярности не обрела прочных теоретических оснований?

Монокль
Человек, изменивший все: как Дон Гарбер превратил МЛС в турнир с доходом в $2 млрд Человек, изменивший все: как Дон Гарбер превратил МЛС в турнир с доходом в $2 млрд

Дон Гарбер и его уникальный дар видеть возможности там, где другие отчаились

Forbes
От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни От соблазнительницы до убийцы: 7 роковых женщин из кино, которые не боятся разрушать жизни

Собрали в подборку семь роковых леди кинематографа, способных на многое

Maxim
Как за минуту заточить ножницы: 5 лучших методов Как за минуту заточить ножницы: 5 лучших методов

Как правильно наточить ножницы в домашних условиях

ТехИнсайдер
Быстрее поездá, выше напряжение – сильнее промышленность! Быстрее поездá, выше напряжение – сильнее промышленность!

Достоинства и недостатки двух основных систем тягового электроснабжения

Наука и техника
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
Как строительство частной космической станции обернулось для Axiom Space проклятием Как строительство частной космической станции обернулось для Axiom Space проклятием

Кам Гаффарян, был пионером в области коммерческих космических полетов на МКС

Forbes
Таиланд на любой вкус Таиланд на любой вкус

Гастрономическое путешествие по королевству в Юго-Восточной Азии

Добрые советы
Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»? Иван Янковский, самосуд и ельцинская Россия: каким получился сериал «Аутсорс»?

О параллелях, смыслах и оглушающем эффекте сериала «Аутсорс»

Правила жизни
Кандидатский максимум Кандидатский максимум

Не все собеседования проходят гладко, а некоторые вообще очень странные

VOICE
Наши сияющие 30 Наши сияющие 30

О том, как меняются наши взгляды на красоту и возраст

Новый очаг
Накреативил и устал: что руководители думают о сотрудниках-зумерах Накреативил и устал: что руководители думают о сотрудниках-зумерах

Любовь и ненависть к зумерам: как менеджеры находят с ними общий язык?

Forbes
«Я всегда старалась успевать жить» «Я всегда старалась успевать жить»

Серии «Комбинации», где Анастасия Уколова исполняет одну из главных ролей

OK!
И дело с кольцом И дело с кольцом

Несколько причин, почему мужчина расстался с тобой и женился на другой

VOICE
Илон Маск или Китай. Кто первым совершит посадку на Марсе Илон Маск или Китай. Кто первым совершит посадку на Марсе

Кто победит в гонке по покорению Марса: Илон Маск или Китай?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении