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

Система Монтессори: 3 отличия от традиционного обучения в школе Система Монтессори: 3 отличия от традиционного обучения в школе

Обучение по системе Монтессори не отбивает желание развиваться — смотрите сами!

Psychologies
Знаменитые споры и конфликты писателей Знаменитые споры и конфликты писателей

Литературный мир — арена для самых ярых словесных баталий

Maxim
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
Осенняя аллергия Осенняя аллергия

Сезонная аллергия может проявляться и с наступлением холодов

Здоровье
Почему важно заниматься растяжкой: 5 причин Почему важно заниматься растяжкой: 5 причин

Гибкость — один из важнейших аспектов поддержания хорошего самочувствия тела

ТехИнсайдер
Капсула для настроения Капсула для настроения

Как извлечь пользу из антидепрессантов и избежать нежелательных последствий

Psychologies
«Пушкинская 10»: из сквота в арт-кластер «Пушкинская 10»: из сквота в арт-кластер

«Пушкинская 10» — пространство свободы и искусства в самом центре Петербурга

Psychologies
Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье Погода в доме: как знаки зодиака влияют на атмосферу в семье

Как знак зодиака может повлиять на отношения внутри семьи?

VOICE
(Не) привязаться к психотерапевту (Не) привязаться к психотерапевту

Стоит ли привязываться к психологу и бороться с возникшей привязанностью?

Psychologies
Другой фокус Другой фокус

Ольга Сутулова о детских комплексах и новой философии красоты

Новый очаг
Как бросить есть: мегахит для худеющих Как бросить есть: мегахит для худеющих

Ozempic стал первым лекарственным хитом XXI века

ТехИнсайдер
Нечестный процент Нечестный процент

Вместо честной годовой доходности по вкладу банки демонстрируют чудеса хитрости

Монокль
Исследование: как могла развиваться Вселенная до Большого взрыва Исследование: как могла развиваться Вселенная до Большого взрыва

Большой отскок: иная теория возникновения и развития Вселенной

ТехИнсайдер
Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане? Чудеса системы Сатурна: жизнь на Титане?

Почему на Титане можно представить только неземлеподобную жизнь?

Наука и техника
Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше Генная терапия сделала зрение людей с наследственной болезнью в 10 000 раз лучше

Специфическое заболевание амавроз Лебера научились лечить генной терапией

ТехИнсайдер
Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера Выбираем материнскую плату X99 для мощного, но недорогого компьютера

Лучшие материнские платы X99 для сборки достойного игрового ПК

CHIP
Сначала на себя Сначала на себя

Как понять, что ты обделяешь самого главного человека в своей жизни

VOICE
Такой простой и трудный ЗОЖ Такой простой и трудный ЗОЖ

Точного определения того, что означает ЗОЖ, практически не существует

Здоровье
Место для ребенка: что делает город удобными для детей и как это влияет на экономику Место для ребенка: что делает город удобными для детей и как это влияет на экономику

Как понять, подходит ли для ребенка то, что для него построили взрослые?

Forbes
Без воды Без воды

Какие у безводной косметики преимущества и недостатки?

Лиза
Родителям: как останавливать конфликты между сестрами и братьями Родителям: как останавливать конфликты между сестрами и братьями

Не усугубляете ли вы с помощью этих фраз конфликты между вашими детьми?

Psychologies
Пусть не говорят Пусть не говорят

Давай разберемся, чем и почему ты можешь раздражать других сотрудников

VOICE
Эти модные детали интерьера круто выглядят на картинках, но разочаровывают в быту: предупреждение дизайнера Эти модные детали интерьера круто выглядят на картинках, но разочаровывают в быту: предупреждение дизайнера

Модные интерьерные решения, которые абсолютно непригодны в быту

VOICE
Пираты в юбке: 5 неочевидных вопросов про разбойничьих капитанш Золотого века пиратства Пираты в юбке: 5 неочевидных вопросов про разбойничьих капитанш Золотого века пиратства

​​​​​​​Как пираткам удавалось избежать виселицы, когда мужчины уже были обречены

ТехИнсайдер
Опасная экзотика Опасная экзотика

Будь осторожна, покупая во время путешествия колоритные местные безделушки

Лиза
Дом архитектора Дом архитектора

Линии судьбы наших героев пересеклись с линиями Васильевского острова

Seasons of life
Миллионы чаевых Миллионы чаевых

Как купеческий род Перловых чайную империю создал и потерял

Деньги
Философия счастья Философия счастья

Элегантная светлая квартира в Санкт-Петербурге с особенной атмосферой

Идеи Вашего Дома
Стрит-арт, внимание, марш Стрит-арт, внимание, марш

Ярко-красочный Sollers ST6, который будто создан для художников

Автопилот
Сырьевое эмбарго: резервы небольшие Сырьевое эмбарго: резервы небольшие

Очевидных кандидатов на контрсанкции на третьем году санкционной войны немного

Монокль
Открыть в приложении