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

Почему троит двигатель и как это исправить Почему троит двигатель и как это исправить

Троение двигателя — конкретный набор симптомов и причин

РБК
Ананас Ананас

Ради чего человек готов пойти на кражу, даже если на него смотрит Бог?

СНОБ
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
«Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет «Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет

Стареет ли мозг человека отдельно от его тела?

ТехИнсайдер
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
«Реалити-шоу срывает все маски» «Реалити-шоу срывает все маски»

Женя Кривцова о Колумбии, жизни под прицелом телекамеры и дворовом детстве

OK!
Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга Фарминг, патриотизм и гробница Хуан-ди: как завоевать китайский рынок гейминга

Чем азиатский геймдев отличается от западного?

Forbes
«За мной придут ночью». Отрывок из книги Тахира Хамута «За мной придут ночью». Отрывок из книги Тахира Хамута

Отрывок из книги «За мной придут ночью» — о респрессиях по отношению к уйгурам

СНОБ
Самые умные и самые богатые Самые умные и самые богатые

Кто такие кванты и почему за ними охотятся еще в университетах

ТехИнсайдер
Украшения Украшения

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

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Не спускайся вниз: как важные хорроры, постхорроры и слоубернеры последних лет изменили жанр Не спускайся вниз: как важные хорроры, постхорроры и слоубернеры последних лет изменили жанр

Хоррор-проекты, которые кардинально трансформировали жанр

Правила жизни
Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа Ультануть перед подростком: какие слова нужно выучить, чтобы понимать поколение альфа

Как ультануть перед ребенком и почему вайб теперь может оказаться с минусом

Forbes
Первая прямая телетрансляция Первая прямая телетрансляция

Днём рождения немецкого телевидения принято считать 22 марта 1935 года

Дилетант
Что такое склонность к подтверждению своей точки зрения: примеры и причины появления Что такое склонность к подтверждению своей точки зрения: примеры и причины появления

Что такое предвзятость подтверждения и как она влияет на нас

Psychologies
Мне нужна твоя одежда Мне нужна твоя одежда

Глеб Клинов смело заглянул в глубины шкафа и непостижимой женской души

VOICE
Гастрономия Гастрономия

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

RR Люкс.Личности.Бизнес.
12 признаков того, что вы стали матерью-одиночкой в браке 12 признаков того, что вы стали матерью-одиночкой в браке

Существуют ли плюсы у одинокого материнства?

Psychologies
Во славу победы Во славу победы

Почему Храм Воскресения Христова и музей «Дорога памяти» стали знаковым местом

Отдых в России
Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель Филипп Чижевский: Человек без специального образования зачастую воспринимает музыку острее, чем искушенный слушатель

Дирижер Филипп Чижевский — о музыке, путешествиях и эмоциях

СНОБ
Премудрость букв Премудрость букв

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

Вокруг света
«Пума на охоте»: почему женщин критикуют за выбор мужчин младше себя «Пума на охоте»: почему женщин критикуют за выбор мужчин младше себя

Откуда взялись стереотипы о возрасте в паре

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

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

Монокль
«Я лечила свои раны»: Виктория Маслова рассказала, как ее спасли съемки в сериале «Триггер» «Я лечила свои раны»: Виктория Маслова рассказала, как ее спасли съемки в сериале «Триггер»

Актриса Виктория Маслова о съемках в сериале «Триггер» и экранной героине

VOICE
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
Как перестать смущаться: 5 шагов для преодоления застенчивости Как перестать смущаться: 5 шагов для преодоления застенчивости

Практики по борьбе с застенчивостью, которые подходят большинству людей

Psychologies
Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II Последнее путешествие королевы: как прошли похороны Елизаветы II

Как проходила панихида по Елизавете II

Правила жизни
Москвич установил камеры в квартире (даже в ванной!), чтобы следить за арендаторшами Москвич установил камеры в квартире (даже в ванной!), чтобы следить за арендаторшами

Почему людям нравится подглядывать за другими: мнение психологов

Psychologies
«Бабий Яр. Реалии» «Бабий Яр. Реалии»

Фрагмент из книги о реакции евреев и их соседей на приказ явиться на расстрел

N+1
Если это не любовь, то что? Если это не любовь, то что?

Почему для некоторых из нас близкие отношения становятся источником стресса?

Psychologies
Природная связь Природная связь

Как общаются существа, у которых нет мозга и вообще нервной системы?

Вокруг света
Открыть в приложении