Чотири факту про квантову фізику, про які не розповідають професора

Ми частенько говоримо про квантову фізику, і багато хто з нас, якщо не все, свого часу напружували мізки, силкуючись зрозуміти, що взагалі відбувається. Але що може бути ще більш дивним, ніж ці дивні і нескінченні інтеграли разом з найскладнішою математикою, яка розвивалася десятиліттями?

Відкриття рівняння Шредінгера

Диференціальне рівняння Шредінгера добре відомо молодим хімікам і фізикам усього світу. Якщо коротко, рівняння описало рух електронів навколо ядра революційним чином і кардинально змінило погляд наукового співтовариства на модель атома, а сам Шредінгер удостоївся Нобелівської премії за своє відкриття.

Але історія, що стоїть за цим відкриттям, трохи дивна. На Різдво 1925 року Шредінгер відправився в містечко під назвою Ароза в невелику відпустку. Його відносини з дружиною були на рекордно низькому рівні, тому він вирішив запросити стару подругу з Відня скласти йому компанію. Також він взяв з собою деякі записи де Бройля. Коли він повернувся з відпустки 8 січня 1926 року, то оголосив про відкриття хвильової механіки, теорії, що описує електрон як хвилю.

Коли його запитали, "як пройшов ваш відпустку, професор?", Він відповів: "Мене відволікали деякі розрахунки".

Виявляється, маса - зовсім не те, що ви думали
Ми всі думали, що маса - це кількість речовини, яким володіє об'єкт. Що ж, почасти це правда. На жаль, у механізму Хіггса інші думки з цього приводу. Він, насправді, перевертає нашу логіку. Механізм Хіггса інтерпретує масу частинки по тому, як сильно ця частка взаємодіє з певним полем (полем Хіггса, звичайно). Технічно все в цьому світі не має маси, поки не взаємодіє з цим дивним полем. Саме з цієї причини (а не через її тривалу відсутність на моніторах), вчені називають бозон Хіггса "частинкою Бога".

Щоб краще пояснити цю теорію, Девід Міллер звернувся до натовпу політиків в дуже простий аналогією:

"Уявіть коктейльну вечірку співробітників політичної партії, які рівномірно розподілені по приміщенню і говорять з найближчими колегами. В кімнату входить екс-прем'єр і рухається по приміщенню. Всі співробітники поруч з нею притягуються до неї і скупчуються навколо неї. Оскільки навколо неї завжди є скупчення людей , вона набирає більшу масу, ніж зазвичай; тобто у неї більше імпульсу і та ж швидкість руху. Поки вона рухається, їй складніше зупинитися, а коли вона зупинилася, їй складніше знову почати рухатися, оскільки потрібно пе езапускать процес накопичення. У трьох вимірах, ускладнених теорією відносності, це і є механізм Хіггса ".

Квантова механіка дозволяє вам бути в двох місцях одночасно
З одним застереженням: якщо ви - квантова частинка. Принцип невизначеності Гейзенберга і двохщілистими експеримент Юнга дійсно пропонують нам представити новий світ; ці закони показали, що замість того, щоб перебувати в одному місці, щось буде з певною "ймовірністю" перебувати у відомій (x, y, z) позиції. На жаль, невизначеність в таких вимірах незначно впливає на повсякденні об'єкти, але коли справа доходить до електронів, наприклад, вчені можуть виділити області, в яких електрони можуть бути виявлені, але ніяк не вказати точне положення електрона. Цей принцип також відомий як квантова суперпозиція.

Шредінгер і його знаменитий кіт

Ервін Шредінгер може бути відомий серед квантових хіміків своїм революційним рівнянням, але його ім'я серед простих смертних частіше викликає асоціацію з котом. У відповідь на так звану проблему копенгагенської інтерпретації квантової механіки, Шредінгер дійшов дивного, але вельми цікавого уявного експерименту.

Він представив коробку, в якій знаходиться жива кіт, радіоактивний матеріал, молоток і їдка кислота. Якщо радіоактивний матеріал розпадеться, він призведе до того, що молоток впаде на контейнер з кислотою і розіб'є його, що, в свою чергу, призведе до смерті кота. Але Шредінгер заявив, що шанси на розпад радіоактивного матеріалу рівно годину становлять 50%. Логічно припустити, що через годину кіт буде або живий, або мертвий, і ми не зможемо визначити це, поки не відкриємо ящик. Сам же Шредінгер зробив висновок, що згідно з квантовою механікою, кіт одночасно живий і мертвий до того моменту, поки ми не відкриємо коробку і не дізнаємося його актуальний стан.

Квантова механіка стала самою дивною областю науки, яка буквально перевертає наш погляд на повсякденні речі. Хоча чотири приклади вище здаються цікавими і зрозумілими, одна маленька цитата у виконанні Річарда Фейнмана підсумовує все, що потрібно знати про цю науку: "Думаю, що можу сміливо сказати, що ніхто не розуміє квантову механіку".