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

Его ошибки в сексуальных отношениях, с которыми женщине (не) стоит соглашаться: взгляд мужчин Его ошибки в сексуальных отношениях, с которыми женщине (не) стоит соглашаться: взгляд мужчин

Мнения женщин и мужчин по поводу типичных проблем в интимной сфере

Psychologies
От любви до ненависти и обратно От любви до ненависти и обратно

Советская интеллигенция возмутилась разносами, которые Хрущёв устроил художникам

Дилетант
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
Родить по расчету Родить по расчету

Финансовая подготовка к рождению ребенка: 5 практичных советов

Лиза
До выхода полчаса: как быстро высушить одежду, если она срочно нужна? До выхода полчаса: как быстро высушить одежду, если она срочно нужна?

Несколько действенных способов, как быстро высушить вещи

ТехИнсайдер
Скрытый гипноз Скрытый гипноз

Как защититься от мошенников, которые умеют «заговаривать»

Лиза
От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино От угрюмого бати до заботливого родителя: как за последние годы трансформировался образ отца в российском кино

На примере самых заметных проектов: трансформация образа экранного родителя.

Правила жизни
Чем страсть отличается от любви? Чем страсть отличается от любви?

Почему мы выбираем болезненные отношения и как поддерживать интерес к партнеру?

Psychologies
Болен деньгами: как связаны финансы и психологическое здоровье Болен деньгами: как связаны финансы и психологическое здоровье

Money disordes: как проявляются такие расстройства и как их распознать у себя?

Forbes
«Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах «Я раскачивалась и успокаивалась. Это было похоже на наркотик»: 7 увлекательных книг о психических расстройствах

В подборке книг — исследования на темы шизофрении, аутизма и зависимостей

Правила жизни
Соленый папоротник и мороженое из грибов: что пробовать на Камчатке Соленый папоротник и мороженое из грибов: что пробовать на Камчатке

Самые аутентичные блюда Камчатки

СНОБ
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
«Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз «Комбинация»: как женская группа из Саратова покорила Советский Союз

Как девчонки в неоновых лосинах и с начесами на головах покорили СССР?

Forbes
Вторая сверхзвуковая Вторая сверхзвуковая

Уже в 1968 году был первый полет советского пассажирского сверхзвукового лайнера

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

У губок в Эйлатском заливе есть оригинальный способ отпугивания хищников

ТехИнсайдер
Человек стал вожаком птичьей стаи и ведет птиц по маршрутам миграции Человек стал вожаком птичьей стаи и ведет птиц по маршрутам миграции

Команда экологов Waldrappteam учит перелетных птиц находить пути миграции

ТехИнсайдер
Кончается наша кассета: в чем трагедия Жени Белоусова? Кончается наша кассета: в чем трагедия Жени Белоусова?

Что мы знаем про певца Женю Белоусова?

Правила жизни
Наши сияющие 30 Наши сияющие 30

О том, как меняются наши взгляды на красоту и возраст

Новый очаг
Пригласите эксперта: зачем российские суды обращаются к специалистам Пригласите эксперта: зачем российские суды обращаются к специалистам

В российских судах заключение эксперта является крайне значимым доказательством

Forbes
Дом как вдохновение Дом как вдохновение

Трехэтажный загородный дом в живописном месте на западе Москвы

SALON-Interior
Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться Интуиция или тревога: каким бывает предчувствие и как с ним справиться

Как освободиться от излишней тревожности, чтобы жить в спокойствии?

Psychologies
Женщинам о мужчинах: чего нельзя делать и говорить Женщинам о мужчинах: чего нельзя делать и говорить

О каких особенностях мужского поведения и психики помнить

Psychologies
Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего? Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего?

Почему лето называется именно бабьим?

ТехИнсайдер
Трудно пить богу Трудно пить богу

Как Алексей Герман снял фильм-запой

Weekend
Путешествие на автомобиле. Полезные советы Путешествие на автомобиле. Полезные советы

Как подготовиться к путешествию на авто так, чтобы не разочароваться в поездке?

4x4 Club
ChatGPT превзошел врачей в оценке респираторных заболеваний у детей ChatGPT превзошел врачей в оценке респираторных заболеваний у детей

В оценке респираторных заболеваний ChatGPT показал лучшие результаты, чем врачи

ТехИнсайдер
Почему современные женщины хотят замуж? Почему современные женщины хотят замуж?

Чего женщины ждут от штампа в паспорте и какие подводные камни их встретят?

Psychologies
«Рюмка водки и свежий воздух». Антон Тотибадзе о любимых художниках, семье и автопортрете в натюрморте «Рюмка водки и свежий воздух». Антон Тотибадзе о любимых художниках, семье и автопортрете в натюрморте

Антон Тотибадзе о его первых впечатлениях от живописи и кошмарных снах

СНОБ
Микробиота кишечника определяет социальное поведение Микробиота кишечника определяет социальное поведение

Какие гены участвуют в механизме взаимодействия мозга и кишечника?

Наука
Красавцы: плюсы, минусы, подводные камни Красавцы: плюсы, минусы, подводные камни

Красавцы демонизированы общественным мнением, но сколько в этом правды?

Новый очаг
Открыть в приложении