Манжит Кумар - Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности

• Название: Квант. Эйнштейн, Бор и великий спор о природе реальности
• Автор: Манжит Кумар
• Жанр: Физика

     Однажды, когда Чарли Чаплина и Альберта Эйнштейна окружила восторженная толпа, Чаплин заметил: “Меня приветствуют потому, что меня понимают все, а вас — потому, что не понимает никто”. С тех пор наука стала еще менее доступной пониманию публики. Английский журналист рассказывает о проблемах, занимавших физиков первой половины XX века, искусно соединяя описание человеческих черт “небожителей” — авторов квантовой теории — с рассказом о трудной, но веселой науке, которую они творили. Что получилось? Биография идеи, которая читается как триллер. Путеводитель по парадоксальному миру. Научно-популярная книга, которая сбивает с толку и дает почувствовать себя почти гением.

---

Альфа-распад. Процесс радиоактивного распада ядра атома, в результате которого происходит испускание α-частицы.

Альфа-частица. Субатомная положительно заряженная частица, состоящая из двух связанных протонов и нейтронов. Испускается при альфа-распаде; идентична ядру атома гелия.

Амплитуда. Максимальное смещение в волне или при колебательном движении, равное половине расстояния от верхней точки волны (или колебания) до самой нижней точки. В квантовой механике амплитуда процесса — это число, связанное с вероятностью осуществления данного процесса.

Атом. Наименьшая, химически неделимая часть элемента, состоящая из положительно заряженного ядра, окруженного системой отрицательно заряженных электронов. Поскольку атом нейтрален, число положительно заряженных протонов в ядре равно числу электронов.

Атомный номер (Z). Количество протонов в ядре атома. Атомный номер каждого элемента определен однозначно. Атомный номер водорода, ядро которого состоит из одного протона, вокруг которого вращается один электрон, равен 1. Уран с 92 протонами и 92 электронами имеет атомный номер 92.

Бета-частица. Быстро двигающийся электрон, испускаемый ядром радиоактивного элемента в результате превращения нейтрона в ядре атома в протон. Хотя р-частицы двигаются быстрее и обладают большей проникающей способностью, чем а-частицы, тонкая металлическая фольга может их остановить.

Броуновское движение. Хаотическое движение частичек пыльцы, взвешенных в жидкости. Впервые наблюдалось в 1827 году Робертом Броуном. В 1905 году Эйнштейн понял, что броуновское движение — результат случайных ударов частичек пыльцы молекулами жидкости.

Вектор скорости. Скорость тела в заданном направлении.

Вероятностная интерпретация. Предложенная Борном интерпретация волновой функции, согласно которой она позволяет вычислить только вероятность обнаружить частицу в данном месте. Это неотъемлемая часть положения, согласно которому квантовая механика может воспроизвести только относительные вероятности результатов измерения наблюдаемых величин и не может предсказать, каким будет результат данного эксперимента.

Волновая механика. Версия квантовой механики, предложенная Эрвином Шредингером в 1926 году.

Волновая функция (ψ). Математическая функция, описывающая волновые свойства системы частиц. Волновая функция определяет все, что можно знать о состоянии физической системы или частицы в квантовой механике. Например, с помощью волновой функции атома водорода можно вычислить вероятность обнаружить его электрон в определенной точке вблизи ядра. См. вероятностная интерпретация и уравнение Шредингера.

Волновой пакет. Суперпозиция большого числа различных волн, гасящих друг друга везде кроме небольшой, ограниченной области пространства; можно использовать для отображения частицы.

Волны материи. Когда поведение частицы демонстрирует волновой характер, ассоциирующаяся с нею волна называется волной материи или волной де Бройля. См. длина волны де Бройля.

Вынужденная (вторичная) эмиссия. Процесс, при котором падающий фотон не поглощается возбужденным атомом, а “вынуждает” его испустить еще один фотон той же частоты.

Гамма-лучи. Электромагнитное излучение очень малой длины волны. Самое проникающее из трех типов излучения, испускаемых радиоактивными веществами.

Гармонический осциллятор. Вибрирующая или колеблющаяся система, частота вибраций или колебаний которой не зависит от амплитуды.

Детерминизм. В классической механике: если в данный момент времени координаты и импульсы всех частиц во Вселенной известны, и известны также все силы, действующие между частицами, то можно, в принципе, определить состояние Вселенной в следующий момент времени. В квантовой механике в любой момент времени невозможно одновременно точно указать и координату, и импульс частицы. Такая теория приводит к недетерминистскому взгляду на процессы, происходящие во Вселенной: ее будущее, как и будущее отдельной частицы, не может быть в принципе определено.

Джоуль (Дж). Единица энергии, используемая в классической физике. Лампочка мощностью сто ватт за секунду преобразует сто джоулей электрической энергии в тепло и свет.

Динамические переменные. Координата, импульс, потенциальная энергия, кинетическая энергия и другие величины, которые используются для характеристики состояния частицы.

Дифракция. Размывание волн при прохождении вблизи препятствия или через апертуру, такое как изменение структуры морских волн, попадающих в гавань через щель в ограждающей ее стене.

Длина волны (А). Расстояние между двумя последовательными самыми высокими или самыми низкими точками волны. Длина волны электромагнитного излучения определяет, к какой части электромагнитного спектра принадлежит данная волна.

Длина волны де Бройля. Длина волны частицы λ, связанная с ее импульсом p соотношением λ = h/p, где h — постоянная Планка.

Закон распределения Вина. Формула, выведенная Вильгельмом Вином в 1896 году и описывавшая распределение излучения абсолютно черного тела в согласии с доступными тогда экспериментальными данными.

Закон смещения Вина. В 1893 году Вильгельм Вин обнаружил, что при увеличении температуры абсолютно черного тела длина волны, соответствующая максимальной интенсивности излучения, сдвигается в область все более коротких длин волн.

Закон сохранения. Закон, устанавливающий, что данная физическая величина, такая как, например, импульс или энергия, сохраняется во всех физических процессах.

Излучение. Излучение энергии частицами. В качестве примеров можно указать электромагнитное излучение, тепловое излучение и радиоактивность.

Излучение абсолютно черного тела. Электромагнитное излучение, испускаемое абсолютно черным телом.

Изотопы. Различные формы одного и того же элемента. В ядрах атомов изотопов число протонов одинаково, они имеют один и тот же атомный номер, но число нейтронов различно. Например, имеется три изотопа водорода, в ядрах которых либо вообще нет нейтронов, либо есть один или два нейтрона. Химические свойства всех трех форм водорода одинаковы, но массы их атомов различны.

Импульс (p). Физическое свойство тела, равное произведению его массы на скорость тела.

Интерференция. Явление, описывающее взаимодействие двух распространяющихся волн. Там, где встречаются две впадины или два гребня волны, они объединяются, образуя новые, более глубокие впадины и более высокие гребни. Это называется конструктивной интерференцией. Однако там, где встречаются впадины и гребни, они гасят друг друга. Такой процесс называется деструктивной интерференцией.

Инфракрасное излучение. Электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем у видимого красного света.

Квант. Термин введен Максом Планком в 1900 году для описания отдельных порций энергии, которые может испускать или поглощать осциллятор в модели, использованной Планком для вывода формулы, описывающей распределение излучения абсолютно черного тела. Энергия излучения из разного числа порций размера E = hν (квантов), где h — постоянная Планка, a ν — частота излучения. Слово “квант”, точнее квантованная величина, относится ко всем физическим свойствам микроскопических систем или тел, которые не являются непрерывными, но могут меняться только отдельными порциями.

Квантованная величина. Любая физическая величина, которая может принимать только дискретные значения, называется квантованной. В атоме имеются только дискретные уровни энергии, поэтому его энергия квантована. Спин электрона квантован, поскольку он может принимать только значения +1/2 (спин вверх) и -1/2 (спин вниз).

Квантовая механика. Физическая теория атомного и субатомного мира, заменившая ту искусственно придуманную мешанину из классической механики и квантовых представлений, которая появилась между 1900 и 1925 годами. Совсем не похожие друг на друга матричная механика Гейзенберга и волновая механика Шредингера являются математически эквивалентными теориями, представляющими собой квантовую механику.