Читать интересную книгу Теории Вселенной - Павел Сергеевич Данильченко

и, как следствие, искажения результатов измерения.

О результатах этого взаимодействия можно утверждать лишь одно:

неопределенность пространственных координат × неопределенность скорости частицы > h/m,

или, говоря математическим языком:

Δx × Δv > h/m

где Δx и Δv — неопределенность пространственного положения и скорости частицы соответственно, h —  постоянная Планка, а m — масса частицы.

Соответственно, неопределенность возникает при определении пространственных координат не только электрона, но и любой субатомной частицы, да и не только координат, но и других свойств частиц — таких как скорость. Аналогичным образом определяется и погрешность измерения любой такой пары взаимно увязанных характеристик частиц (пример другой пары — энергия, излучаемая электроном, и отрезок времени, за который она испускается). То есть если нам, например, удалось с высокой точностью измерить пространственное положение электрона, значит мы в этот же момент времени имеем лишь самое смутное представление о его скорости, и наоборот. Естественно, при реальных измерениях до этих двух крайностей не доходит, и ситуация всегда находится где-то посередине. То есть если нам удалось, например, измерить положение электрона с точностью до 10–6 м, значит мы одновременно можем измерить его скорость, в лучшем случае, с точностью до 650 м/с.

Из-за принципа неопределенности описание объектов квантового микромира носит иной характер, нежели привычное описание объектов ньютоновского макромира. Вместо пространственных координат и скорости, которыми мы привыкли описывать механическое движение, например шара по бильярдному столу, в квантовой механике объекты описываются так называемой волновой функцией. Гребень «волны» соответствует максимальной вероятности нахождения частицы в пространстве в момент измерения. Движение такой волны описывается уравнением Шрёдингера, которое и говорит нам о том, как изменяется со временем состояние квантовой системы.

Картина квантовых событий в микромире, рисуемая уравнением Шрёдингера, такова, что частицы уподобляются отдельным приливным волнам, распространяющимся по поверхности океана-пространства. Со временем гребень волны (соответствующий пику вероятности нахождения частицы, например электрона, в пространстве) перемещается в пространстве в соответствии с волновой функцией, являющейся решением этого дифференциального уравнения. Соответственно, то, что нам традиционно представляется частицей, на квантовом уровне проявляет ряд характеристик, свойственных волнам.

Согласование волновых и корпускулярных свойств объектов микромира стало возможным после того, как физики условились считать объекты квантового мира не частицами и не волнами, а чем-то промежуточным и обладающим как волновыми, так и корпускулярными свойствами; в ньютоновской механике аналогов таким объектам нет. Хотя и при таком решении парадоксов в квантовой механике всё равно хватает, лучшей модели для описания процессов, происходящих в микромире, никто до сих пор не предложил.

Квантовая механика родилась как необходимость, чтобы объяснить результаты некоторых опытов, которые не могла объяснить классическая теория.

Первое. Возникли трудности с опытом Юнга. Не понятно было, как одна и та же частица может пролезать через две разные щели одновременно. Родился корпускулярно-волновой дуализм, который никому невозможно представить. Все должны просто в это верить и запомнить это. Других опытов, подтверждающих этот дуализм, пока не наблюдается.

Второй казус возник с планетарной моделью атома Резерфорда. Когда он представил свою модель, то мудрецы сразу же выдвинули теорию: электрон, вращается с большой скоростью вокруг ядра в результате чего должен излучать энергию и в конце концов упасть на ядро. А этот электрон никуда не падал и никуда не улетал. Но то ли эти мудрецы забыли или и не знали об опытах Кауфмана и наличие у ядра магнитного поля (может быть тогда об этом никто не знал) так как не учли все это в своих рассуждениях.

Пришлось Бору постулировать: у атома есть такие уровни (орбиты), где электрон летает и ничего не излучает. Все остолбенели и перестали искать силы, которые не позволяют электрону упасть на ядро, а про силы, удерживающие электрон в составе атома, даже и не думали, да и сейчас ученые и не подозревают, что такие силы существуют в виде обменного фотона.

Если вы думаете, что некоторые вещи из мира науки вас не касаются, вы глубоко ошибаетесь. Даже то, что кажется очень далеким в некотором роде влияет на вашу жизнь. Это относится и к квантовой механике. Она тоже часть нашего мира.

14 декабря 1900 года в мире физике родилась принципиально новая теория, впоследствии выросшая в невероятную для простого обывателя и не менее странную для физиков квантовую механику.

В начале 20 века поняли, что в атоме есть ядро и электрон. И попытались определить свойство электрона, в том числе и его поведение в различных условиях.

Оказалось, что электрон очень хитрая штука, и чтобы описать его поведение (вообще, механика изучает движение тел, но назвать поведение электрона «движением», как-то не могу, все таки это нечто другое, а не движение в общепринятом смысле) нужна особая наука, ее и назвали квантовая механика. С тех пор, более менее изучили взаимодействие с остальным миром только электронов, причем лучше всего в атоме водорода, где он один.

Сейчас, конечно, квантовая механика пытается описывать поведение всех частиц внутри атома, но по сравнению с электроном, с которым еще далеко не все понятно, со всем остальным, вообще беда! Так что, можно пока еще понимать квантовую механику, как науку о «движении» электронов внутри атома.

А что даст полное понимание квантовой механики…да кто ж это скажет, пока еще не поняли?! Кто бы мог сказать в 19 веке, к чему приведет частичное понимание строения атома? А в 20 веке, еще ничего до конца не поняв, смогли делать атомные реакторы и ядерные и термоядерные бомбы.

Понятно, что квантовая механика рано или поздно приведет к новым источникам энергии, все-таки распад Урана и Плутония, и даже синтез водорода освобождает только малую часть энергии скрытую в атоме.

Наш мир устроен невероятно сложно. Если посмотреть в телескоп, то перед нами откроется целая Вселенная, бесконечная и расширяющаяся все быстрее и быстрее. От одной мысли о том, что в одной лишь наблюдаемой Вселенной существует около 10 триллионов галактик, может закружится голова. Это невероятно!

Как и многочисленные предположения о существовании Мультивселенной и параллельных реальностей. К слову сказать, современная физика изобилует подобными идеями, но мы с вами остановимся на одной из, по моему скромному мнению, самых интересных из них — многомировой интерпретации квантовой механике или интерпретации Эверетта. В 1954 году, будучи аспирантом Принстонского университета, физик Хью Эверетт пришел к революционной интерпретации нерелятивистской квантовой механике, которую полностью развил за два последующий года.

Однако она не включала ускорения, и Эйнштейн стремился создать теорию, которая могла бы применяться более широко. Так родился термин — Общая теория относительности.

ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ

ГЛАВА 5

С точки зрения физики, исследуя ничтожно малое