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

Почему он не женится: женскую точку зрения комментируют мужчины Почему он не женится: женскую точку зрения комментируют мужчины

Почему мужчины не стремятся делать предложения руки и сердца?

Psychologies
Мнение психологов: 5 обычных вечерних привычек мешают вашему успеху! Стоит узнать Мнение психологов: 5 обычных вечерних привычек мешают вашему успеху! Стоит узнать

Многие из ежедневных действий могут быть вреднее, чем вам кажется

ТехИнсайдер
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
От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды От Библии до Хичкока: историк — о том, что скрывают культурные коды

История осознания и становления собой через взаимодействие с мировой культурой

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

История о том, как жизнью человека управляли наркотики

Psychologies
Точки над ИИ: почему не вся автоматизация одинаково полезна Точки над ИИ: почему не вся автоматизация одинаково полезна

Чего стоит погоня за технологичностью, почему ИИ пока не может заменить человека

Forbes
Симуляция жизни: каким будет мир через несколько лет при развитии цифровых двойников Симуляция жизни: каким будет мир через несколько лет при развитии цифровых двойников

Как будет развиваться рынок цифровых двойников и каким образом изменит мир

Forbes
Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве Институт травмы: каждый третий элитный спортсмен пережил опыт насилия в детстве

С насилием в той или иной сфере столкнулись 75% спортсменов

Forbes
5 неочевидных признаков того, что ваши отношения идут к концу 5 неочевидных признаков того, что ваши отношения идут к концу

Как понять, боретесь ли вы с временными трудностями, или союзу пришел конец?

VOICE
Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать Как этично дать совет дочери: 6 вопросов, которые должна задать мать

Почему лучше воздержаться от советов, если ребенок о них не просит

Psychologies
Кто сделает новый ГОЭЛРО? Кто сделает новый ГОЭЛРО?

Какие болевые точки отрасли энергетики видны специалистам?

Монокль
Бурлацкий стан Бурлацкий стан

Чем знаменито село Ширяево в Самарской области?

Отдых в России
Если не будут подтверждать, отключим связь: как ужесточатся условия покупки сим-карт Если не будут подтверждать, отключим связь: как ужесточатся условия покупки сим-карт

Как в России поменяются правила покупки сим-карт и услуги мобильной связи

Forbes
«Скажи «лыба»: как появился и почему растет бизнес логопедов «Скажи «лыба»: как появился и почему растет бизнес логопедов

Как развивается логопедический бизнес в России?

Forbes
Ученые рассказали, как на старение внуков влияет образование дедушек и бабушек Ученые рассказали, как на старение внуков влияет образование дедушек и бабушек

Как образование предков влияет на наше здоровье?

ТехИнсайдер
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
Как анализировать кино? Сохраните эту простую инструкцию! Как анализировать кино? Сохраните эту простую инструкцию!

Анализ фильмов — это процесс за рамками простого просмотра. Вот что нужно учесть

ТехИнсайдер
Психолог Виктор Богомолов: Это миф, что женщины в отношениях ищут любовь, а мужчины — секс Психолог Виктор Богомолов: Это миф, что женщины в отношениях ищут любовь, а мужчины — секс

Психолог Виктор Богомолов — о том, как меняется роль мужчины в обществе

СНОБ
Инвестиция в красоту: как капельницы стали частью современной бьюти-рутины Инвестиция в красоту: как капельницы стали частью современной бьюти-рутины

Почему капельницы стали так популярны в косметологии?

Forbes
14 октября в Киришах 14 октября в Киришах

Больше двух лет я работал на этой стройке диспетчером СМУ-58 стройтреста 46...

Дилетант
Остановись мгновенье! Ученые рассказали, как изменить восприятие времени и сделать жизнь длиннее Остановись мгновенье! Ученые рассказали, как изменить восприятие времени и сделать жизнь длиннее

Вы когда-нибудь задумывались, почему время всегда ощущается по-разному?

ТехИнсайдер
Нарушение циркадного ритма привело к воспалению в легких Нарушение циркадного ритма привело к воспалению в легких

С нарушенным циркадным ритмом в дыхательных путях наблюдается воспаление

N+1
Сила в форме Сила в форме

«Чума»: новая глава в истории якутского кино

Weekend
Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!» Диана Арбенина: «Книги как хлеб, их надо нюхать!»

Диана Арбенина — о возрасте, творчестве и отношениях с матерью

СНОБ
Без воды Без воды

Какие у безводной косметики преимущества и недостатки?

Лиза
Отставка Отставка

От заседания Президиума ЦК 13 и 14 октября 1964 г. осталась протокольная запись

Дилетант
Западные равнинные гориллы поели трюфелей Западные равнинные гориллы поели трюфелей

Западные равнинные гориллы выкапывали трюфели из-под лесной подстилки

N+1
Пастельное настроение Пастельное настроение

10 способов сделать дом уютным осенью

Лиза
Как правильно ухаживать за разделочными досками Как правильно ухаживать за разделочными досками

Поддержание досок в идеальном состоянии  — это не просто прихоть «красоты»

ТехИнсайдер
Пробуксовка на грузовом маршруте Пробуксовка на грузовом маршруте

Продажи грузовиков в России падают. Почему?

Монокль
Открыть в приложении