Занимательная квантовая физика [reloaded]

[bloodriser]

Любая теория затыкает дырки в предыдущей. Волновая затыкала дырки в классической, квантовая - в волновой.



(еще понасиловать мне моск)



Основной постулат волновой теории - это то, что любая частица ведет себя как волна.

Поясню, что это значит.



Со школьного курса известно понятие электронного облака. Этот термин следует понимать буквально - электрон размазан по пространству воокруг ядра. Он одновременно находится где-то больше, а где-то меньше, в результате формируется этакое пятно.

Понятие размытой по пространству частицы тесно связано т.н. принципом неопределенности.



Мы не можем четко измерить местонахождение частицы и характер ее движения. Одно из обьяснений тому - инертность человеческого восприятия. Так, движущийся обьект на пленке всегда будет немного размазаным - поскольку изображение формируется не мгновенно, а в течение некоторого времени.



К сожалению, это довольно логичное обьяснение не может описать пару интересных фактов



1) Возьмем щель и пустим через нее электрон (или любую другую частицу, скорость которой ощутимо велика)

Пока частица не пройдет через щель, она будет двигаться прямолинейно. Как только она пройдет через щель, то произвольным образом отклонится.



Неточность измерения щели скажется на неточности определения вертикального импульса. В результате частица уйдет в сторону.



2) Возьмем две щели и пустим через них поток электронов в экран (например 200 штук). Количесво электронов, прошедших через щели, будет меняться в центральной точке экрана от нуля до очень большого значения, заведомо превышающего число 200. (Например, до 400). То есть один эдектрон пройдет через две щели одновременно.



Попытка понять, почему так происходит, может мгновенно убить наш мозк.



Все довольно просто. По квантовой физике, такого понятия, как частица (да и материя, по большому счету), не существует. Частица - это довольно кривая модель, позволяющая нам представить себе волновую функцию (которую человеческий мозг осознать не может в принципе)



Пример этому - фотон. Фотон был придуман по накурке.

Фотон характеризуется только импульсом, и когда импульс равнен нулю, то фотон исчезает. У него нет массы, заряда, ничего. Подобно тому, как волновая функция - это распределение без того, что распределяется, фотон - это движение без обьекта, который движется. Дырка от бублика без бублика, если вам так проще.

Как такового, фотона нет, это просто характеристика корпускулярных свойств электромагнитной волны.



Другое интересное узкое место в квантовой физике - это теория полей. Любое поле - это модель, описывающая какое-то взаимодействие. Взаимодействие в поле происходит путем передачи квантов. Например, переносчик взаимодействия в электромагнитном поле - фотон. Следует понимать, что поле и частица - это одно и то же.



Силы притяжения так же должны иметь переносчик, квант гравитационного поля.

И черт с ним, даже, что его в глаза никто не видел и вряд ли увидит.

Внутри ядра взаимодействие происходит за счет передачи т.н. п-мезонов. (это удерживает протоны и нейтроны в ядре)

Получается интересная картина. Протон скачкообразно увеличивает энергию, передает ее в виде кванта нейтрону, тот в свою очередь поглощает его и скачкообразно теряет энергию. Откуда энергия берется?

Если нарушается закон сохранения энергии, то вся теория развалится немедленно.



Закон неопределенности дает несколько странный ответ. Время формирования кванта неизвестно точно, значит энергию в это время также невозможно точно измерить.



Парой пердложений выше было показано, как структура пространства переходит в импульс. Теперь мы видим, как в эгнергию переходит время. (!)



Элементарных частиц было открыто необычайно много. Попытка как то систематизировать их привела к введению идеи кварков - составных элементов элем. частиц. Кварки делятся по куче признаков - шести ароматам, цветам, etc., для них действуют странные правила - например взаимодействие между ними бесконечно возрастает с квадратом расстояния. Довольно труднно представить, как формируется взаимодействие в том, что само осуществляет взаимодействие.

По всей видимости, кварки - еще одна модель, удобная, но не имеющая никакого реального смысла. (так же как координаты и материя, ага)



Еще Гейзенберг жаловался, что любую частицу можно представить как систему других частиц, а те - третих и так до бесконечности.

Эйнштейн в свое время попытался устранить узкие места (дыры размером с Боинг, ага) введением Единой Теории Поля - где все элементарные частицы были бы проявлением одного единственного взаимодействия. Незадолго до смерти он заявил, что успешно закончил работу (Но никому не показал, что характерно. Чего то испугался)



Гейзенберг попытался воссоздать работы Энштейна. Но у его теории несколько существенных недостатков.

Первый - его теория поля невероятно сложна (просто дьявольски, нечеловечески сложна)

Второе - она не охватывает все взаимодействия, а лишь обьединяет некоторые.



(продолжение следует)