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 приручить дедлайн: работаем со сроками Как приручить дедлайн: работаем со сроками

Как не превращать дедлайн в источник ужаса и авралов?

Inc.
«Вы просто не математики» «Вы просто не математики»

Ирина Манторова — о заработке на неэффективностях рынка и о психологии трейдеров

Монокль
Леди Гага от декаданса: как маркиза Луиза Казати стала королевой эпатажа Леди Гага от декаданса: как маркиза Луиза Казати стала королевой эпатажа

Как середине XX века итальянская аристократка стала Леди Гагой своего времени

Правила жизни
Как нельзя использовать эфирные масла: 8 запретов, которые следует соблюдать Как нельзя использовать эфирные масла: 8 запретов, которые следует соблюдать

Можно ли навредить себе эфирными маслами?

VOICE
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Западные равнинные гориллы поели трюфелей Западные равнинные гориллы поели трюфелей

Западные равнинные гориллы выкапывали трюфели из-под лесной подстилки

N+1
Жизнь рядом с человеком с ПТСР: как общаться, чтобы помочь — подробная инструкция от психолога Жизнь рядом с человеком с ПТСР: как общаться, чтобы помочь — подробная инструкция от психолога

Как обращаться с человеком с посттравматическим стрессовым расстройством

Psychologies
«Мама, ты ломаешь меня»: с чего начинается травма детства «Мама, ты ломаешь меня»: с чего начинается травма детства

Как формируется детская травма и за что несут ответственность родители?

Psychologies
Что сделает вас успешным лидером? Эксперт рассказал, какой юмор нужно использовать! Что сделает вас успешным лидером? Эксперт рассказал, какой юмор нужно использовать!

Самоуничижение — полезный инструмент для людей, которые хотят получить внимание

ТехИнсайдер
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
«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
Современные ценности Современные ценности

Что сейчас модно, актуально и сколько все это стоит?

СНОБ
Огнедышащий голос и путеводная ярость: 9 лиц Егора Летова Огнедышащий голос и путеводная ярость: 9 лиц Егора Летова

От музыканта до фантаста: ипостаси Егора Летова

Правила жизни
Поэт Владимир Алейников — о Леониде Губанове и 1970-х: Наша эпоха была орфической Поэт Владимир Алейников — о Леониде Губанове и 1970-х: Наша эпоха была орфической

Каким был Леонид Губанов — один из важнейших поэтов советского андеграунда

СНОБ
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
Скрытый гипноз Скрытый гипноз

Как защититься от мошенников, которые умеют «заговаривать»

Лиза
Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты Почему пьяные водители могут выжить после смертельного ДТП? Узнайте интересные факты

Почему пьяные водители часто выживают в авариях?

ТехИнсайдер
История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги» История прямохождения. Отрывок из книги палеоантрополога «Первые шаги»

Отрывок из книги о том, как и почему люди стали прямоходящими

СНОБ
Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма Бегство от реальности: 4 истории детского и подросткового эскапизма

Истории детей и подростков, которые примеряют на себя образы животных

СНОБ
Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст Ушла за цветами для мамы и пропала без вести: загадочное дело Марджори Уэст

Малышка по имени Марджори Уэст таинственно исчезла в лесах Пенсильвании

ТехИнсайдер
Трудно пить богу Трудно пить богу

Как Алексей Герман снял фильм-запой

Weekend
8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка 8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка

Почему некоторые даже самые привычные слова лучше не говорить детям

Psychologies
Кто сделает новый ГОЭЛРО? Кто сделает новый ГОЭЛРО?

Какие болевые точки отрасли энергетики видны специалистам?

Монокль
Гений без всяких оговорок Гений без всяких оговорок

Воспоминания современников о физиологе Иване Павлове и его личные высказывания

Наука
Нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов: каким был Иван Тургенев Нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов: каким был Иван Тургенев

Иван Тургенев — нежный уголовник, «дедушка» советских диссидентов

СНОБ
Где у нас кнопка счастья? Где у нас кнопка счастья?

Есть ли у нас центр наслаждения и как его активировать?

Добрые советы
Александр Никишин Александр Никишин

Знакомьтесь, капитан ХК СКА Александр Никишин — лидер клуба-фаворита

Собака.ru
Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство» Рассказ Дмитрия Захарова из сборника «Механическое вмешательство»

Рассказ, созданный Дмитрием Захаровым и искусственным интеллектом YandexGPT

СНОБ
Эта контрастная планета Эта контрастная планета

«Аэлита» Якова Протазанова — первый большой фильм о космическом полете

Наука
Истина где-то рядом: как создавались культовые «Секретные материалы» Истина где-то рядом: как создавались культовые «Секретные материалы»

«Секретные материалы»: какое влияние оказал культовый сериал на индустрию?

Правила жизни
Открыть в приложении