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 тренируется и как питается новый Бэтмен: секреты физической формы Роберта Паттинсона Как тренируется и как питается новый Бэтмен: секреты физической формы Роберта Паттинсона

Обзаводимся такими же мускулами как у Бэтмена

Maxim
Капсула для настроения Капсула для настроения

Как извлечь пользу из антидепрессантов и избежать нежелательных последствий

Psychologies
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
Яхта особого назначения Яхта особого назначения

Давайте посмотрим, что такого особенного в суперъяхте Eternal Spark

Y Magazine
Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года Два века перемен: перипетии исторической памяти об Отечественной войне 1812 года

Как Отечественная война 1812 года закрепилась в сознании людей?

Знание – сила
Как заселяли Америку Как заселяли Америку

Когда именно и как шло расселение человека на американском континенте?

Наука и техника
Если устала от детей Если устала от детей

Что на самом деле тебя истощает и как вернуться в ресурс

Лиза
Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету Леонардо Ди Каприо, Люк Бессон и Марион Котийяр: как звезды пытаются спасти планету

Почему Леонардо Ди Каприо и другие звезды занялись защитой планеты?

Forbes
Пульс Дубая в ритме будущего Пульс Дубая в ритме будущего

Уникальный интерьер, в центре которого стоит любовь к современному искусству

SALON-Interior
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
Несчастливы вместе Несчастливы вместе

«Жизнь»: немецкая семейная драма, подражающая американскому роману

Weekend
Домашняя роскошь Домашняя роскошь

Тонкий баланс между уютом и роскошью — золото, натуральные материалы

SALON-Interior
Как правильно ухаживать за разделочными досками Как правильно ухаживать за разделочными досками

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

ТехИнсайдер
«Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку «Накатить бокальчик игристого». Сомелье рекомендуют вина к завтраку

Сомелье рассказали, какие вина подойдут к яичнице, каше и сырникам

СНОБ
Сила в форме Сила в форме

«Чума»: новая глава в истории якутского кино

Weekend
Творческий район Творческий район

Светлый, уютный интерьер с приятными тёплыми оттенками и яркими акцентами

Идеи Вашего Дома
Кино под влиянием женщины Кино под влиянием женщины

Джина Роулендс и ее лучшая роль

Weekend
Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего? Загадки русского языка: почему есть лето бабье, но нет мужичьего?

Почему лето называется именно бабьим?

ТехИнсайдер
30 лет альбому Nirvana — Unplugged in New York: история легендарной записи в цитатах очевидцев 30 лет альбому Nirvana — Unplugged in New York: история легендарной записи в цитатах очевидцев

Запись Nirvana для MTV Unplugged: как это было на самом деле?

СНОБ
Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении Огненный гость из загадочной Вселенной: почему нельзя делать снимки шаровой молнии и другие факты о таинственном явлении

Шаровая молния: загадочное явление, которое притягивает и пугает одновременно

ТехИнсайдер
На озеленение Красноярска: как устроен внебиржевой рынок «народных» облигаций На озеленение Красноярска: как устроен внебиржевой рынок «народных» облигаций

В чем особенность народных облигаций и почему они выгодны государству

Forbes
Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа Чтобы одежда всегда вкусно пахла: 7 способов сделать крутые ароматизаторы для шкафа

Как из подручных средств сделать ароматизатор для шкафа?

ТехИнсайдер
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
«Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом» «Внеждановщина: Советская послевоенная политика в области культуры как диалог с воображаемым Западом»

Что не понравилось Сталину в фильме «Большая жизнь»

N+1
Как гинеколог Тавхида бен Шейх делала медицину в Тунисе доступной для женщин Как гинеколог Тавхида бен Шейх делала медицину в Тунисе доступной для женщин

Гинеколог Тавхида бен Шейх не только лечила женщин, но и боролась за их права

Forbes
Моторный допинг Моторный допинг

Велогонки – один из самых скандальных с точки зрения допинга видов спорта

ТехИнсайдер
Голова идет кругом Голова идет кругом

С жалобой на головокружение обычно не спешат к врачу. И напрасно!

Лиза
«Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе «Не знаю, что делать — пойду поработаю»: 3 вида зависимых отношений в офисе

Где же именно возникает зависимость от работы?

Psychologies
Пусть не говорят Пусть не говорят

Давай разберемся, чем и почему ты можешь раздражать других сотрудников

VOICE
«Ложись!»: что делать, если вздулась банка с солеными огурцами «Ложись!»: что делать, если вздулась банка с солеными огурцами

Как устранить проблему вздутой крышки, пока банка еще не взорвалась

ТехИнсайдер
Открыть в приложении