Физики точно не знают, почему наш мир дискретный. Одно из интересных возможных объяснений – теория симуляции. Согласно ей Вселенная – это компьютерная симуляция, созданная Богом, а квант – это бит информации, как в наших компьютерах. Мы разберём эту теорию в следующих главах.
Резюме и задания
Резюме
• Наш мир состоит из атомов, а атом, в свою очередь, из протонов, нейтронов и электронов. Размеры частиц очень маленькие по сравнению с размером целого атома, поэтому любое тело (включая нас с вами) – это практически пустое пространство.
• Видимое излучение – это малая часть всего спектра электромагнитных волн. Цвет предмета определяется частотой отражаемого излучения.
• Есть четыре вида фундаментальных взаимодействий: сильное, слабое, гравитационное и электромагнитное. Все другие взаимодействия можно свести к этим четырём.
• Поле – это область пространства, передающая взаимодействие. Нет понятия «квантовое поле», есть наука – квантовая теория поля. В ней поля можно называть квантованными.
• Электроны могут двигаться только по определённым (стационарным) орбитам, не излучая электромагнитные волны (энергию).
• Излучение и поглощение энергии происходит лишь при переходе с одной орбиты на другую. Это крошечное изменение энергии (как увеличение, так и уменьшение) называется квантовым скачком.
• Квант – это минимально возможное значение физической величины. Весь наш мир квантуется (он дискретен). Квантуется энергия, расстояние, объём, время.
Задания
1. Как вы думаете, почему все предметы в мире – это практически пустое пространство, а мы этого не ощущаем?
2. Порассуждайте, как любое взаимодействие можно разложить на четыре фундаментальных взаимодействия. Найдите свои примеры.
3. Найдите или придумайте смешные примеры неграмотного использования понятия «квантовый скачок». Поделитесь в соцсетях с хештегом #арьекнига.
4. Приведите примеры понятий, которые являются дискретными, а также примеры недискретных понятий.
Часть 2
Двухщелевой эксперимент и корпускулярно-волновой дуализм
Вы узнаете, что означает понятие «корпускулярно-волновой дуализм» и какой опыт считается самым главным в истории физики; что такое таинственный эффект наблюдателя и существует ли вообще объективная реальность. А ещё потренируетесь создавать собственную реальность.
Глава 1
Свет – это частицы или волны?
Я думаю, что могу смело утверждать: квантовую механику не понимает никто.
Физики, математики, философы всегда любили рассуждать о природе света. Аристотель считал, что свет – это волна. Демокрит, живший в те же годы, верил: свет – это частицы. Ньютон писал, что свет состоит из корпускул, а другой великий физик, Христиан Гюйгенс, считал свет волной.
И по сути, все они были правы. Свет иногда ведёт себя как волна, а иногда – как частицы. Частицы света – это фотоны. И это называется корпускулярно-волновым дуализмом.
И самая главная тайна квантовой физики заключается в том, что до сих пор точно неизвестно, когда же волна превращается в частицу.
#физикишутят
– Что вы думайте о корпускулярно-волновой теории света?
– Я не Света, я – Наташа.
Глава 2
Дифракция и интерференция
Вспомним такие понятия, как «дифракция» и «интерференция», которые понадобятся нам для понимания двухщелевого эксперимента.
Дифракция волны (в частности, света) – это отклонение волны от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий.
Например, это явление можно увидеть на поверхности воды.
На пути распространения волн поместим экран с узкой щелью. За экраном будет расходиться круговая волна так, будто в щели находится источник волн.
Интерференция – это взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн [3] при их наложении друг на друга.
3
Когерентные волны – это волны, колебания которых происходят синхронно, т. е. с одинаковой частотой.