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

Соевый соус: со вкусом умами и кокуми Соевый соус: со вкусом умами и кокуми

История соевого соуса и его множественных вариаций

Наука и жизнь
Стесняюсь спросить: что такое рак крови, как его лечат и кто в группе риска? Стесняюсь спросить: что такое рак крови, как его лечат и кто в группе риска?

Развенчиваем популярные мифы о лейкемии, лейкозах и не только

Правила жизни
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
За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом За пригоршню сухого корма. Премьера «Черного пса» — вестерна с азиатским акцентом

Апокалиптичный вестерн, маскирующийся под историю о дружбе человека и собаки

СНОБ
5 бытовых приборов, которые потребляют больше всего энергии (и разоряют ваш кошелек) 5 бытовых приборов, которые потребляют больше всего энергии (и разоряют ваш кошелек)

Какая техника ежемесячно покушается на ваши сбережения

ТехИнсайдер
«Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет «Часы мозга» показывают, насколько быстро он стареет

Стареет ли мозг человека отдельно от его тела?

ТехИнсайдер
Кристина Бродская: «Мастер говорил, что характер для артистки — это плохо» Кристина Бродская: «Мастер говорил, что характер для артистки — это плохо»

«Я выбрала правильный путь: у меня дети, семья, любящий муж»

Караван историй
Розовые горы Пенджикента Розовые горы Пенджикента

Личная и трогательная история Ани, основавшей бренд «Атлас мира»

Seasons of life
«Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами «Кэрролл на вашей стороне»: как дизайнеры вдохновляются книгами, а писатели становятся модными иконами

Почему писателей уже можно считать новыми инфлюенсерами?

Правила жизни
Утолить кадровый голод Утолить кадровый голод

Как бизнес в России решает вопрос подготовки специалистов

Монокль
Нейросеть-ученый, имена мармозеток и новое лекарство от старости: новости науки Нейросеть-ученый, имена мармозеток и новое лекарство от старости: новости науки

Как создают «живые лекарства» и зачем мармозетки дают друг другу имена?

Forbes
Холли, где твой щит? Холли, где твой щит?

«Холли» Фин Трох: социальная мистика из Бельгии

Weekend
В атмосфере отдыха В атмосфере отдыха

Эта маленькая, но уютная квартира находится в известном курортном месте

Идеи Вашего Дома
Притяжение Арктики Притяжение Арктики

Как выглядит изнутри туристическая отрасль на архипелаге Шпицберген

Отдых в России
«Любовь — это все, что нам нужно?»: история одной клиентки психотерапевта «Любовь — это все, что нам нужно?»: история одной клиентки психотерапевта

Как клиенты с помощью психотерапии пытаются справиться с одиночеством?

Psychologies
Раньше выйдешь на пенсию и сидишь на лавочке. А сейчас можно снова стать студенткой. Как реализовать себя на пенсии Раньше выйдешь на пенсию и сидишь на лавочке. А сейчас можно снова стать студенткой. Как реализовать себя на пенсии

Как оставаться активным в старшем возрасте, где искать для этого мотивацию?

СНОБ
«Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику «Я больше так не могу»: что делать, если потерял мотивацию к работе, и как компании помочь сотруднику

Почему сотруднику может разонравиться его работа?

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
Проект «Разработка поворотного колена с улучшенными параметрами течения» Проект «Разработка поворотного колена с улучшенными параметрами течения»

Что позволит сделать системы труб для подачи газа более удобными в использовании

Наука и техника
Как устроена кабина машиниста поезда метро Как устроена кабина машиниста поезда метро

Дисплеи, рычаги, кнопки — все это в изобилии есть в кабине машиниста метро

ТехИнсайдер
7 признаков того, что отношения не сложатся 7 признаков того, что отношения не сложатся

Точно ли ваши с партнером взгляды на совместное будущее совпадают?

Psychologies
Александра Урсуляк: «Вечером я — Ермолова, а с утра я «у станка» Александра Урсуляк: «Вечером я — Ермолова, а с утра я «у станка»

«Даже «розовая героиня» не должна переживать, что переходит на возрастные роли»

Караван историй
Аргонавты Вселенной Аргонавты Вселенной

Фрагменты романа-утопии Александра Ярославского «Аргонавты Вселенной»

Наука и жизнь
За запой! За запой!

Александр Рогожкин и его поиск ответа на вопрос, как выживать, никого не убивая

Weekend
Учимся у лучших! Узнайте правила и этикет британской королевской семьи Учимся у лучших! Узнайте правила и этикет британской королевской семьи

Вот что нужно учесть, чтобы следовать правилам британского королевского этикета

ТехИнсайдер
«Пингвин» с Колином Фарреллом: амбициозная история об еще одном противнике Бэтмена «Пингвин» с Колином Фарреллом: амбициозная история об еще одном противнике Бэтмена

О судьбе антигероя Пингвина в комиксах и на экране

Forbes
8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка 8 неожиданных фраз, которые разрушают вашего ребенка

Почему некоторые даже самые привычные слова лучше не говорить детям

Psychologies
8 потрясающих фактов о фильме «Битлджус» 8 потрясающих фактов о фильме «Битлджус»

«Битлджус» — фильм, который открыл для нас невиданный мир черных комедий

Maxim
Почему морскую свинку называют морской свинкой? Почему морскую свинку называют морской свинкой?

Как объяснить ребенку, почему грызуна назвали морской свинкой?

ТехИнсайдер
Наталия Селиверстова: «Олег Павлович Табаков всегда говорил, что нервы у артиста должны быть железные» Наталия Селиверстова: «Олег Павлович Табаков всегда говорил, что нервы у артиста должны быть железные»

Артисты драмы — люди действия. Так нас учили великие педагоги: решил — делай!

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении