astro passion
astro passion
https://t.me/astro_passion
Read 5 minutes

О квантовой механике, ч. 2

... Теперь мы имеем дело с феноменом, когда одно и то же имеет две разные стороны, как-будто оно принадлежит обоим мирам одновременно, и стало намного хуже. Не только свет обладает свойствами частиц... Всего несколько десятиле... 15 лет спустя было обнаружено, что частицы, то есть протоны, электроны, нейтроны, обладают волновыми свойствами. Вместе с этим хотя бы стало ясно одно: если частицы обладают волновыми свойствами, то можно понять, почему электроны не падают в ядро атома.

Итак, если вы что-то вроде волны, тогда вы не частица. У них есть свойства, которые до некоторой степени расходятся. Частица - это нечто очень ясное. Частицы, они здесь и больше нигде. Волна же может быть где-то еще. Хотя, она имеет вероятность нахождения в определенном месте, однако она может быть вытянутой (растянутой). Волна имеет совершенно другое физическое качество, нежели частица.

Не смотрите на меня так, я тоже не знаю...

Просто так оно и есть. Это важно, поэтому вам нужно пока просто поверить мне. В некоторых экспериментах частицы ведут себя как волны - они показывают картины интерференции, суперпозиции... Есть знаменитый эксперимент, так называемый Двухщелевой опыт. Если вы все сделаете правильно, вы посылаете один единственный электрон через двойную щель... Вы сначала скажете: Подождите минутку! Электрон может пройти либо только через один зазор, либо через другой! Одно из двух!.. Неа. Мне жаль. Электрон может делать то, что хочет, и делает. Единичными электронами можно показать, что они интерферируют сами с собой, накладываются друг на друга! Этот принцип суперпозиции присутствует в мире элементарных частиц самых элементарных вещей.

Вернусь к моему примеру - почему электрон не падает в ядро атома? Это совсем просто. Возьмем гитару (я делаю вид, что держу в руках гитару). Гитара - струнный инструмент, и когда вы ударяете по струнам, они начинают вибрировать. Струна гитары фиксируется сверху и снизу. Волны, которые могут возникать, должны соответствовать этой струне, и в зависимости от того, где я касаюсь этой струны, получаются очень разные тона, потому что на этой струне вмещаются только очень определенные волны. Чем короче струна, тем выше создаваемые тона. Мы все это знаем, и это достаточно ясно. Итак, струны, если они таким образом фиксированы, могут иметь только очень определенные длины волн. А именно длины волн, которые точно соответствуют двум точкам, в которых зажимается струна. Что-то еще здесь не влезет, есть базовые колебания, есть первые гармоники и так далее, и так далее.

А теперь вы берете атом и представляете электрон в виде струны. Электрон не может быть везде, потому что тогда... я должен это повторить cнова... Волна состоит из того, что называется амплитудой, из амплитуды волны, то есть из отклонения и узлов, а именно из тех, где амплитуда (отклонение) равна нулю. Если отклонение равно нулю, волны нет. Логично, хорошо. Когда амплитуда равна нулю, волны нет. И теперь мы смотрим на нашу электронную волну, как это? Электрон находится в так называемом потенциале. Да, конечно, в атоме есть силовое поле, это силовое поле создается положительным зарядом протона в середине и электрон... Конечно мне сейчас трудно это описать. Я не могу изобразить электрон... На самом деле я могу только бесконечно водить круги руками, но вы уже поняли, что я имею в виду. Я не могу также изобразить как он вибрирует... Но если электрон имеет волновые свойства, а он имеет - мы знаем это из экспериментов, тогда я могу смотреть на электрон как на струну, затем я могу представить это силовое поле, в котором, электрон зажат как струна. И где узлы для электрона? Да в ядре атома! Там и есть узел электронной волны. Электрон не должен быть там, и, поскольку мы хотим сохранить электрон в атоме, электрон не должен находиться где-либо вне атома.

Итак, у нас есть два места, где мы зафиксировали электронную волну, а именно: сначала ядро атома, а затем - область за пределами атома. Электрон может находиться где-то между, но не в ядре атома и не вне атома, иначе это был бы ион - атом был бы заряжен, а электрон был бы свободным.

Это означает, что благодаря тому свойству, что частица может быть волной, человек впервые понимает, почему материя стабильна, почему она не коллапсирует полностью из-за того, как я уже сказал, что ядро положительно, а электроны отрицательны - согласно нашим классическим представлениям материя должна была полностью схлопнуться вследствии электродинамических взаимодействий. То, что это не так, мы обязаны только тому факту, что частицы на элементарном фундаментальном уровне всех самых мельчайших взаимодействий больше не являются частицами в классическом смысле, а именно - я точно знаю, где они есть есть, их скорость.

Там, внизу, всё это уже не так. Всё волнообразно, всё колеблется и в этом секрет квантовой механики. Ничто в мире мельчайших частиц четко не определено. Всегда есть неопределенности, и человеком, который сформулировал это впервые был Вернер Хайзенберг в 1926 г.

Из всех данных экспериментов и теоретических подходов он выделил то, что является решающим в квантовой механике - неопределенность. Суперпозиция волновых свойств отдельных частиц, будь то электроны, протоны или нейтроны никогда не может быть точны определена - это фундаментальное свойство. Это не болтовня под девизом: "Эээ, мы пока не можем этого сделать. Мы пока еще недостаточно продвинулись в технологии, но однажды наши эксперименты будут настолько продвинутыми, что мы сможем точно определить даже эти самые маленькие частицы." Нет. Извините, есть четкие ограничения. Мы не может заглянуть за определенную границу мира (бытия). И почему? Да, вполне просто. В конечном счете, это имеет немного общего с тем фактом, что если вы хотите что-то узнать, вам нужно на это смотреть. Сейчас нельзя просто посмотреть на две отдельные частицы, потому что они такие маленькие... Так что придется действовать по-другому.

Как мы это делаем? Мы используем очень интенсивный свет. Сначала вы скажете - да-да, яркий свет, не думаем, что вам его хватит. Например, вот несколько прожекторов вокруг меня, но я до сих пор не вижу отдельных частиц. Посмотрите на свои пальцы под светом, вы тоже не увидите никаких частиц.

Если вы хотите подобраться очень близко к этим частицам, вам понадобятся совершенно другие типы света. Например, рентгеновские лучи. Длина волны рентгеновских лучей намного меньше длины волны видимого света. Длина волны рентгеновских лучей настолько мала, что позволяет нам посмотреть на частицы или структуры в атомах. По крайней мере, структуры внутри кристаллической решетки, например. Это означает, что я впервые вижу, из чего на самом деле состоит материя.

И теперь у меня есть только одна проблема - чудесно маленькая, очень маленькая длина волны, которая позволяет мне смотреть на что-то очень и очень маленькое, к сожалению, имеет очень высокую частоту... В определенной степени электромагнитные волны однозначны - соотношение между частотой и длиной волны однозначно. Произведение частоты и длины волны дает скорость света. Это означает, что когда я смотрю на что-то с очень, очень, очень, очень маленькой длиной волны, у меня очень, очень, очень очень высокая частота. Согласно Максу Планку, очень высокая частота означает высокую энергию. Так что, если я хочу посмотреть на что-то там, в мире очень крошечных частиц, я не могу этого сделать, не оказывая влияния на этот мир крошечных частиц. Я смотрю сквозь планку с помощью рентгена, например, меняя мир там внизу. Я больше не могу смотреть на эти самые мелкие вещи, не влияя на них. В каком-то смысле это крайне простенький вариант принципа неопределенности Хайзенберга.

Но Хайзенберг означает гораздо больше. Хайзенберг означает... принцип неопределенности Хайзенберга означает, что материя фундаментально неопределенена во всех своих базовых (основных) свойствах. И это гарантирует её стабильность (иначе электроны давно уже были бы в атомном ядре).

15 views
Add
More
astro passion
https://t.me/astro_passion
Follow