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

Почва в объективе микроскопа Почва в объективе микроскопа

Микроморфология — наука, изучающая тонкие срезы почвы

Наука и жизнь
Люся Чеботина: «Сегодня себя я ощущаю на все сто!» Люся Чеботина: «Сегодня себя я ощущаю на все сто!»

Как меняется жизнь, когда начинаешь принимать себя? Отвечает Люся Чеботина

Добрые советы
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
История развития морских беспилотников. Часть 2 История развития морских беспилотников. Часть 2

Для чего используются беспилотные подводные аппараты

Наука и техника
«Насилия в мире все меньше»: как Стивен Пинкер стал главным оптимистом современности «Насилия в мире все меньше»: как Стивен Пинкер стал главным оптимистом современности

Стивен Пинкер: чему можно поучиться у этого необычного мыслителя-оптимиста?

Psychologies
Как поменять жизнь, познав себя: 12 архетипов, которые тебе помогут Как поменять жизнь, познав себя: 12 архетипов, которые тебе помогут

Как архетипы помогают познать свою природу и научиться взаимодействовать с миром

VOICE
Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере Домашняя палитра. Как правильно подобрать цвет стен для гармонии в интерьере

Чтобы избежать ошибок, нужно учесть некоторые правила в подборе цвета интерьера

Лиза
Нечестный процент Нечестный процент

Вместо честной годовой доходности по вкладу банки демонстрируют чудеса хитрости

Монокль
Путешествия Путешествия

Уникальные локации, эталонный сервис и необычные предложения в отелях мира

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты Вы поразитесь, сколько людей проживало в Древней Греции! Узнайте интересные факты

Можно ли оценить население Древней Греции?

ТехИнсайдер
Время Кита. Осеннее небо Время Кита. Осеннее небо

Этой осенью мы завершаем разговор о созвездиях семейства Персея

Наука и жизнь
«Ромул», «Прометей», «Завет» и другие фильмы про Чужих — от худшего к лучшему «Ромул», «Прометей», «Завет» и другие фильмы про Чужих — от худшего к лучшему

Лучшие и худшие фильмы о жутких и опасных ксеноморфах

Правила жизни
Вторая личность Вторая личность

Ужасно интересная премьера Haval F7

Автопилот
Независимая генетика Независимая генетика

Как решить проблему технологического отставания в российском АПК

Агроинвестор
Стрит-арт, внимание, марш Стрит-арт, внимание, марш

Ярко-красочный Sollers ST6, который будто создан для художников

Автопилот
ChatGPT превзошел врачей в оценке респираторных заболеваний у детей ChatGPT превзошел врачей в оценке респираторных заболеваний у детей

В оценке респираторных заболеваний ChatGPT показал лучшие результаты, чем врачи

ТехИнсайдер
Вы поразитесь, почему люди любят боль! Узнайте интересный ответ эксперта Вы поразитесь, почему люди любят боль! Узнайте интересный ответ эксперта

Почему люди испытывают наслаждение от процессов, которые приносят боль?

ТехИнсайдер
Микроэлектронику растят льготами Микроэлектронику растят льготами

Радиоэлектронная промышленность получит дополнительные преференции

Монокль
Как никогда не выйти замуж. 7 вредных советов Как никогда не выйти замуж. 7 вредных советов

Если не хочешь брака, следуй нашим рекомендациям – и оставайся свободной!

Лиза
Пробуксовка на грузовом маршруте Пробуксовка на грузовом маршруте

Продажи грузовиков в России падают. Почему?

Монокль
Смартфон может влиять на бесплодие у мужчин? Узнайте простой ответ экспертов! Смартфон может влиять на бесплодие у мужчин? Узнайте простой ответ экспертов!

Как мобильные телефоны могут влиять на мужскую фертильность

ТехИнсайдер
Конечно, Вася Конечно, Вася

Василий Баста Вакуленко о самокритике, драках и творческих альтер эго

Men Today
Как в России жили, спивались и умирали слоны Как в России жили, спивались и умирали слоны

Трагические истории слонов, которых дарили персидские правители российским царям

СНОБ
5 увлекательных книг о мошенниках 5 увлекательных книг о мошенниках

Книги, которые объединяет то, что их главные герои — мошенники и аферисты

Maxim
Гастрономия Гастрономия

Лучшие шефы: признанные и начинающие. Места, куда всегда хочется вернуться

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Музыкант Сергей Сироткин: Помню, что «Велит нам петь» придумал после того, как прослушал несколько книг Стивена Кинга Музыкант Сергей Сироткин: Помню, что «Велит нам петь» придумал после того, как прослушал несколько книг Стивена Кинга

Интервью с музыкантом Сергеем Сироткиным

СНОБ
Плоды просвещения Плоды просвещения

При всей работоспособности Дмитрий Волков был истинным сыном века

Дилетант
Двойной удар по умным дорогам Двойной удар по умным дорогам

Эмбарго на российское и китайское ПО для автомобилей ускорит фрагментацию

Монокль
Роликовые кроссовки и водный велосипед: гениальные изобретения ученых, способные изменить жизнь человека Роликовые кроссовки и водный велосипед: гениальные изобретения ученых, способные изменить жизнь человека

Ежедневно ученые изобретают приспособления и устройства, чтобы изменить жизнь

ТехИнсайдер
Комната ученика Комната ученика

Интерьеры, в которых ребенку комфортно не только учиться, но и играть, и мечтать

Новый очаг
Открыть в приложении