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

Исследователи обнаружили, что черные дыры могут помочь в процветании жизни, а не положить ей конец Исследователи обнаружили, что черные дыры могут помочь в процветании жизни, а не положить ей конец

Черные дыры могут быть не такими губительными для жизни, как предполагалось

Inc.
5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения 5 важных советов как настроить смартфон для родственников старшего поколения

Несложные настройки, чтобы обезопасить старшее поколение от риска потери гаджета

CHIP
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
Еще раз про синий свет смартфонов. Мешает ли он засыпать Еще раз про синий свет смартфонов. Мешает ли он засыпать

Как синий свет влияет на качество засыпания?

ТехИнсайдер
«Это был последний шанс изменить жизнь» «Это был последний шанс изменить жизнь»

История о том, как жизнью человека управляли наркотики

Psychologies
Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги Ученый Якимов рассказал, почему в России ужасные дороги

Можно ли в российских реалиях строить добротные долговечные дороги?

ТехИнсайдер
Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться Почему даже опытного предпринимателя легко обмануть и можно ли с этим бороться

Почему люкс загоняет нас в психологическую ловушку?

Forbes
Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана Как понять, что девушка вас использует, а не любит: 7 признаков обмана

По каким признакам можно понять, что партнер вас использует?

Psychologies
Битва за каждую яхту Битва за каждую яхту

Кирилл Шабалов о том, что происходит на российском брокеражном рынке

Y Magazine
Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать? Близкие отношения — наша базовая потребность: как их выстраивать и поддерживать?

Почему же нам не хватает таких поверхностных, хоть и частых контактов с другими?

Psychologies
Вторая сверхзвуковая Вторая сверхзвуковая

Уже в 1968 году был первый полет советского пассажирского сверхзвукового лайнера

ТехИнсайдер
Где исполняются желания? Где исполняются желания?

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

Лиза
Создана удивлять Создана удивлять

Турецкая Numarine Yachts с новой моделью Numarine 30XP

Y Magazine
Органический синтез в молекулярных облаках Органический синтез в молекулярных облаках

В космосе обнаружена очередная сложная органическая молекула

Знание – сила
За кино, против критики За кино, против критики

Если кто и спорит о вкусах, так это кинокритики

СНОБ
Родить по расчету Родить по расчету

Финансовая подготовка к рождению ребенка: 5 практичных советов

Лиза
«И тянутся города»: как группа из Барнаула прославилась благодаря виральному треку «И тянутся города»: как группа из Барнаула прославилась благодаря виральному треку

Как барнаульцы создали один из самых успешных рок-проектов страны?

Forbes
АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно АЗС, ТРК, СУГ, КПГ: что все это значит и для чего нужно

Как устроена автозаправка и что значат аббревиатуры на вывесках

РБК
Образ собаки во сне: толкование сонников и психолога Образ собаки во сне: толкование сонников и психолога

Разбираемся, к чему снится собака с точки зрения сонников и психолога

Psychologies
Большие перемены Большие перемены

20 фактов, которые должны знать папа и мама первоклассника (и не только)

Men Today
Эксперты назвали максимально надежные автомобили. Их продают в России Эксперты назвали максимально надежные автомобили. Их продают в России

Какие самые надежные новые и подержанные автомобили выделяют эксперты?

РБК
Сто дорог Тольятти Сто дорог Тольятти

Путешествие по современному городу с итальянским названием — Тольятти

Отдых в России
Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие Что такое мукбанг и почему людям нравится смотреть, как едят другие

Почему одним людям мукбанг нравится, а других раздражает?

Psychologies
Владимир Фокин: «Вячеслав Тихонов отказывался сниматься, просил: «Освободите меня, я так этого наелся!» Владимир Фокин: «Вячеслав Тихонов отказывался сниматься, просил: «Освободите меня, я так этого наелся!»

Владимир Фокин — о съемках фильма «ТАСС уполномочен заявить...»

Коллекция. Караван историй
Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель Русский частный космос. Наикратчайший путеводитель

Как устроена область частной космонавтики в нашей стране и что происходит сейчас

ТехИнсайдер
Важная телеграмма Важная телеграмма

Станет ли арест Павла Дурова концом глобального свободного интернета?

Монокль
Как перестать делать то, чего не хочется, в угоду другим: 4 шага Как перестать делать то, чего не хочется, в угоду другим: 4 шага

О том, как постоять за себя, рассказывает психотерапевт

Psychologies
Что значит на подростковом языке слово «эщкере»? Что значит на подростковом языке слово «эщкере»?

Почему подростки используют сленговые слова?

Psychologies
«Al кардинально изменит роль химика-исследователя» «Al кардинально изменит роль химика-исследователя»

Почему без искусственного интеллекта не достичь заметных результатов в науке

Наука
Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна Оптическая или цифровая: какая стабилизация лучше, и зачем она вообще нужна

Зачем вообще нужна стабилизация изображения в смартфонах и камерах?

CHIP
Открыть в приложении