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

Боязнь пропустить интересное: 8 признаков зависимости от смартфона Боязнь пропустить интересное: 8 признаков зависимости от смартфона

Проверьте, не попали ли вы в цифровую кабалу

Psychologies
Калифорния или Филадельфия? Узнайте, чем полезны и вредны суши для здоровья! Калифорния или Филадельфия? Узнайте, чем полезны и вредны суши для здоровья!

Какие риски для здоровья скрывают в себе наши любимые суши?

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
Загадка человеческой психики: как формируются фобии Загадка человеческой психики: как формируются фобии

Фобии: как именно они возникают, что становится катализатором?

ТехИнсайдер
«Так живет большинство семей в России»: 4 типа невротичных пар «Так живет большинство семей в России»: 4 типа невротичных пар

Что такое невротичные отношения? Почему мы в них вступаем?

Psychologies
Сто дорог Тольятти Сто дорог Тольятти

Путешествие по современному городу с итальянским названием — Тольятти

Отдых в России
«Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так «Я живу не свою жизнь»: 5 признаков, что это действительно так

Как понять, что ваша жизнь действительно походит мимо?

Psychologies
5 лучших ролей Мэгги Смит 5 лучших ролей Мэгги Смит

Вспоминаем самые яркие роли британской актрисы из культовых фильмов

Psychologies
Может ли взорваться аккумулятор в телефоне Может ли взорваться аккумулятор в телефоне

Новая фобия: аккумулятор вашего мобильного гаджета может взорваться

CHIP
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
Пульс Дубая в ритме будущего Пульс Дубая в ритме будущего

Уникальный интерьер, в центре которого стоит любовь к современному искусству

SALON-Interior
Как самый большой парусник мира погиб в пятницу, 13: странное крушение Thomas W. Lawson Как самый большой парусник мира погиб в пятницу, 13: странное крушение Thomas W. Lawson

Для огромной семимачтовой шхуны в тот день все пошло наперекосяк

ТехИнсайдер
История развития морских беспилотников. Часть 2 История развития морских беспилотников. Часть 2

Для чего используются беспилотные подводные аппараты

Наука и техника
Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме Жесткие рамки кланов, каст и корпораций: 10 книг в жанре бояръ-аниме

Жанр бояръ-аниме  активно развивается и получает все новых и новых поклонников

Maxim
Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии Развенчиваем 5 самых известных мифов автомобильной индустрии

Ваш взгляд на автомир больше не будет прежним

Maxim
Молочные и мясные антигены сдерживают появление рака кишечника Молочные и мясные антигены сдерживают появление рака кишечника

Как пищевые антигены запускают иммунную систему кишечника

ТехИнсайдер
Дом архитектора Дом архитектора

Линии судьбы наших героев пересеклись с линиями Васильевского острова

Seasons of life
Зерновозы для страны Зерновозы для страны

Задача по увеличению объемов поставок сельхозпродукции за рубеж поставлена

Агроинвестор
Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной Ушел из жизни бывший тренер Марии Шараповой и Анастасии Мыскиной

Скончался наставник нескольких звезд тенниса. Роберт Лэнсдорп прожил 85 лет

VOICE
Зеленое будущее: как восемь стартапов профессора MIT создают более экологичный мир Зеленое будущее: как восемь стартапов профессора MIT создают более экологичный мир

Исследования Йет Мин Чана в области материаловедения граничат с фантастикой

Forbes
20 скрытых причин лишнего веса 20 скрытых причин лишнего веса

Какие мотивы могут скрываться за набором избыточного веса?

Psychologies
Большое плавание Крузенштерна Большое плавание Крузенштерна

Во сколько обошлась первая русская кругосветка

Деньги
Польза лаврового листа: 6 свойств Польза лаврового листа: 6 свойств

Зачем нужен лавровый лист и какими качествами он обладает

РБК
Магия убеждения: почему законы написаны сложным языком Магия убеждения: почему законы написаны сложным языком

Почему язык законов не меняется под давлением всеобщего тренда на упрощение?

ТехИнсайдер
Элемент революции Элемент революции

Автомобильный спорт стоит на пороге революции. И имя ей – водород

ТехИнсайдер
14 фраз, из-за которых тебя перестанут воспринимать всерьез 14 фраз, из-за которых тебя перестанут воспринимать всерьез

Фразы, которые мастера красноречия советуют никогда не использовать

VOICE
Глава Дагестана Сергей Меликов — Forbes: «Здесь всегда будут свои отношения» Глава Дагестана Сергей Меликов — Forbes: «Здесь всегда будут свои отношения»

Чем отличается дагестанская история имама Шамиля от общепринятой версии?

Forbes
Как архитектор Олег Карлсон оказался спасителем артхаусного театра в Москве Как архитектор Олег Карлсон оказался спасителем артхаусного театра в Москве

«От барака до барокко»: как архитектор Олег Карлсон преобразовал театр

Forbes
Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века Улучшение землепользования сделает сельское хозяйство углеродно-отрицательным к середине века

В 2050 мировой сельхозсектор может перейти к отрицательным углеродным выбросам

N+1
11 ложных представлений о любви, которые нам часто навязывают 11 ложных представлений о любви, которые нам часто навязывают

Действительно ли произносящий слова о чувствах человек искренне нас любит?

Psychologies
Открыть в приложении