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

Астроном искал в реликтовом излучении следы послания от Создателя Вселенной — и кое-что нашел Астроном искал в реликтовом излучении следы послания от Создателя Вселенной — и кое-что нашел

Самое древнее излучение во Вселенной может быть "рекламным щитом"

Популярная механика
Зерновозы для страны Зерновозы для страны

Задача по увеличению объемов поставок сельхозпродукции за рубеж поставлена

Агроинвестор
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
Засуха напомнила о сберегающих технологиях Засуха напомнила о сберегающих технологиях

Как проходит внедрение новаторского метода посева без вспашки поля

Монокль
Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу Эксперименты на колесах: от передвижников до хоккейного роуд-шоу

Как устроены «проекты на колесах», которые уже вошли в историю

Правила жизни
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
Следи за словами. Фразы, которые точно не стоит говорить своему боссу Следи за словами. Фразы, которые точно не стоит говорить своему боссу

С помощью каких фраз можно зарекомендовать себя как ненадежного сотрудника

Лиза
Бюджетные игровые ноутбуки: топ-6 лучших Бюджетные игровые ноутбуки: топ-6 лучших

Игровые ноутбуки, которые не разорят ваш бюджет

CHIP
Где исполняются желания? Где исполняются желания?

В каждом городе мира есть места, где принято бросить монетку на счастье

Лиза
«Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку «Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку

Сомелье рассказали, какие вина подойдут к яичнице, каше и сырникам

СНОБ
«Вера»: драма о контролирующей матери по культовой советской повести «Вера»: драма о контролирующей матери по культовой советской повести

Чем интересна адаптация повести «Вам и не снилось...» — драма «Вера»

Forbes
Анна Горбунова: «Счастье – это я» Анна Горбунова: «Счастье – это я»

Когда стоит идти к психологу и как найти своего специалиста

Лиза
Губаны-чистильщики оценили размеры своего тела относительно других благодаря зеркалу Губаны-чистильщики оценили размеры своего тела относительно других благодаря зеркалу

Губаны-чистильщики способны формировать ментальный образ собственного тела

N+1
Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле Что такое раздаточная коробка и для чего она нужна в автомобиле

Все о раздаточной коробке: назначение, виды, неисправности

РБК
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
На водах На водах

Хроника путешествия к минеральному источнику на новом H9

Автопилот
Защитит зубы и сердце! Вот чем сыр полезен для здоровья: интересные факты Защитит зубы и сердце! Вот чем сыр полезен для здоровья: интересные факты

Сыр: богат питательными веществами и полезен для сердца

ТехИнсайдер
Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике Почему Луна не падает на Землю: 5 случайных фактов о мире, которые известны благодаря физике

Что физика помогла нам узнать о мире вокруг нас?

ТехИнсайдер
«Револьвер»: стоит ли смотреть новый корейский триллер с мажором Чжи Чан Уком и очень хитрым Ли Джон Джэ «Револьвер»: стоит ли смотреть новый корейский триллер с мажором Чжи Чан Уком и очень хитрым Ли Джон Джэ

«Револьвер»: история о женщине в беде, которая спасает саму себя

VOICE
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
Во власти вещей Во власти вещей

Как получать удовольствие от покупок, но не впадать в крайности

Psychologies
Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах Эксперт по продажам — о RFM-сегментации и бизнес-конкурсах

Как выправить ситуацию в «проседающей» компании

РБК
Вес попутал Вес попутал

Росина Сефиен – о том, как одеваться, если ты плюс-сайз

VOICE
Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии

Ваш взгляд на автомир больше не будет прежним

Maxim
Скрытый гипноз Скрытый гипноз

Как защититься от мошенников, которые умеют «заговаривать»

Лиза
Что сказать зависимому Что сказать зависимому

Как уговорить близкого с аддикцией обратиться к психотерапевту

Psychologies
И снова стать собой! И снова стать собой!

Как вернуть вкус к жизни: 12 рабочих приемов против апатии

Лиза
Кошки, электричество, дороги Кошки, электричество, дороги

Как связаны дороги, электричество и кошки?

Наука и жизнь
Премьера Премьера

Смотрим в кино «антибайопик» уральского поэта Бориса Рыжего

Собака.ru
Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека? Вы когда-нибудь задумывались, как на самом деле звали Чука и Гека?

Вас никогда не интересовало, как по паспорту зовут главных героев — Чука и Гека?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении