Salutare dragi cititori. Dacă nu vrei să rămâi în urmă vieții, să fii o persoană cu adevărat fericită și sănătoasă, ar trebui să știi despre secretele fizicii cuantice moderne, măcar o mică idee în ce adâncurile universului au săpat astăzi oamenii de știință. Nu ai timp să intri în detalii științifice profunde, dar vrei să înțelegi doar esența, ci să vezi frumusețea lumii necunoscute, atunci acest articol: fizica cuantică pentru manechine obișnuite sau, s-ar putea spune, pentru gospodine, este doar Pentru dumneavoastră. Voi încerca să explic ce este fizica cuantică, dar în cuvinte simple, să arăt clar.

„Care este legătura dintre fericire, sănătate și fizica cuantică?” te întrebi.

Faptul este că ajută la răspunsul la multe întrebări de neînțeles legate de conștiința umană, influența conștiinței asupra corpului. Din păcate, medicina, bazându-se pe fizica clasică, nu ne ajută întotdeauna să fim sănătoși. Și psihologia nu vă poate spune cum să găsiți fericirea.

Doar cunoașterea mai profundă a lumii ne va ajuta să înțelegem cum să facem față cu adevărat bolii și unde trăiește fericirea. Această cunoaștere se găsește în straturile profunde ale universului. Fizica cuantică vine în ajutor. În curând vei ști totul.

Ce studiază fizica cuantică în cuvinte simple

Da, într-adevăr, fizica cuantică este foarte greu de înțeles deoarece studiază legile microlumii. Adică lumea în straturile ei mai adânci, la distanțe foarte mici, unde este foarte greu pentru o persoană să privească.

Și lumea, se dovedește, se comportă acolo foarte ciudat, misterios și de neînțeles, nu așa cum ne-am obișnuit.

De aici toată complexitatea și neînțelegerea fizicii cuantice.

Dar după ce vei citi acest articol, vei extinde orizontul cunoștințelor tale și vei privi lumea într-un mod complet diferit.

Pe scurt despre istoria fizicii cuantice

Totul a început la începutul secolului al XX-lea, când fizica newtoniană nu putea explica multe lucruri, iar oamenii de știință au ajuns într-o fundătură. Apoi Max Planck a introdus conceptul de cuantum. Albert Einstein a preluat această idee și a demonstrat că lumina nu se propagă continuu, ci în porțiuni - cuante (fotoni). Înainte de aceasta, se credea că lumina are o natură ondulatorie.

Dar, după cum sa dovedit mai târziu, orice particulă elementară nu este doar o cuantică, adică o particulă solidă, ci și o undă. Așa a apărut dualismul unde corpusculare în fizica cuantică, primul paradox și începutul descoperirilor de fenomene misterioase ale microlumii.

Cele mai interesante paradoxuri au început când s-a realizat faimosul experiment cu dublă fante, după care misterele au devenit mult mai multe. Putem spune că fizica cuantică a început cu el. Să aruncăm o privire.

Experiment cu dublă fantă în fizica cuantică

Imaginați-vă o farfurie cu două fante sub formă de dungi verticale. Vom pune un paravan în spatele acestei plăci. Dacă direcționăm lumina pe placă, vom vedea un model de interferență pe ecran. Adică, alternează dungi verticale întunecate și luminoase. Interferența este rezultatul comportamentului undei a ceva, în cazul nostru lumina.

Dacă treceți un val de apă prin două găuri situate una lângă alta, veți înțelege ce este interferența. Adică, lumina se dovedește a fi un fel ca și cum ar avea o natură ondulatorie. Dar, după cum a dovedit fizica, sau mai degrabă Einstein, este propagat prin particule de fotoni. Deja un paradox. Dar e în regulă, dualismul cu unde corpusculare nu ne va mai surprinde. Fizica cuantică ne spune că lumina se comportă ca o undă, dar este formată din fotoni. Dar miracolele abia încep.

Să punem un pistol în fața unei plăci cu două fante, care va emite nu lumină, ci electroni. Să începem să tragem electroni. Ce vom vedea pe ecranul din spatele plăcii?

La urma urmei, electronii sunt particule, ceea ce înseamnă că fluxul de electroni, care trece prin două fante, ar trebui să lase doar două dungi pe ecran, două urme opuse fantelor. Ți-ai imaginat pietricele zburând prin două sloturi și lovind ecranul?

Dar ce vedem cu adevărat? Tot același model de interferență. Care este concluzia: electronii se propagă în unde. Deci electronii sunt unde. Dar la urma urmei este o particulă elementară. Din nou dualismul undelor corpusculare în fizică.

Dar putem presupune că la un nivel mai profund, un electron este o particulă, iar atunci când aceste particule se unesc, încep să se comporte ca undele. De exemplu, un val de mare este un val, dar este format din picături de apă, iar la un nivel mai mic, molecule și apoi atomi. Bine, logica este solidă.

Atunci să tragem dintr-un pistol nu cu un flux de electroni, ci să eliberăm electroni separat, după o anumită perioadă de timp. De parcă am trece prin crăpături nu un val de mare, ci scuipând picături individuale dintr-un pistol cu ​​apă pentru copii.

Este destul de logic ca în acest caz diferite picături de apă să cadă în sloturi diferite. Pe ecranul din spatele plăcii, se putea vedea nu un model de interferență de la val, ci două franjuri distincte de impact vizavi de fiecare fantă. Același lucru îl vom vedea dacă aruncăm cu pietre mici, ele, zburând prin două crăpături, ar lăsa o urmă, ca o umbră din două găuri. Acum să împușcăm electroni individuali pentru a vedea aceste două dungi pe ecran de la impactul electronilor. Au eliberat unul, au așteptat, al doilea, au așteptat și așa mai departe. Fizicienii cuantici au reușit să facă un astfel de experiment.

Dar groază. În locul acestor două franjuri se obțin aceleași alternanțe de interferență a mai multor franjuri. Cum așa? Acest lucru se poate întâmpla dacă un electron zboară prin două fante în același timp, dar în spatele plăcii, ca o undă, se ciocnește cu el însuși și interferează. Dar acest lucru nu poate fi, deoarece o particulă nu poate fi în două locuri în același timp. Fie zboară prin primul slot, fie prin al doilea.

Aici încep lucrurile cu adevărat fantastice ale fizicii cuantice.

Suprapunerea în fizica cuantică

Cu o analiză mai profundă, oamenii de știință descoperă că orice particulă cuantică elementară sau aceeași lumină (foton) poate fi de fapt în mai multe locuri în același timp. Și acestea nu sunt miracole, ci faptele reale ale microcosmosului. Asta spune fizica cuantică. De aceea, când împușcăm o particulă separată dintr-un tun, vedem rezultatul interferenței. În spatele plăcii, electronul se ciocnește cu el însuși și creează un model de interferență.

Obiectele obișnuite ale macrocosmosului sunt întotdeauna într-un singur loc, au o singură stare. De exemplu, acum stați pe un scaun, cântăriți, să zicem, 50 kg, aveți o frecvență a pulsului de 60 de bătăi pe minut. Desigur, aceste indicații se vor schimba, dar se vor schimba după ceva timp. La urma urmei, nu poți fi acasă și la serviciu în același timp, cântărind 50 și 100 kg. Toate acestea sunt de înțeles, acesta este bunul simț.

În fizica microcosmosului, totul este diferit.

Mecanica cuantică susține, iar acest lucru a fost deja confirmat experimental, că orice particulă elementară poate fi simultan nu numai în mai multe puncte din spațiu, dar poate avea și mai multe stări în același timp, cum ar fi spinul.

Toate acestea nu se potrivesc în cap, subminează ideea obișnuită a lumii, vechile legi ale fizicii, transformă gândirea, se poate spune cu siguranță că te înnebunește.

Așa ajungem să înțelegem termenul „suprapunere” în mecanica cuantică.

Suprapunerea înseamnă că un obiect al microcosmosului poate fi simultan în diferite puncte ale spațiului și, de asemenea, poate avea mai multe stări în același timp. Și acest lucru este normal pentru particulele elementare. Aceasta este legea microlumii, oricât de ciudată și fantastică ar părea.

Ești surprins, dar acestea sunt doar flori, cele mai inexplicabile miracole, mistere și paradoxuri ale fizicii cuantice urmează să vină.

Colapsul funcției de undă în fizică în termeni simpli

Apoi, oamenii de știință au decis să afle și să vadă mai precis dacă electronul trece de fapt prin ambele fante. Dintr-o dată trece printr-o fantă și apoi se separă cumva și creează un model de interferență pe măsură ce trece. Ei bine, nu se știe niciodată. Adică, trebuie să puneți un dispozitiv lângă fantă, care să înregistreze cu exactitate trecerea unui electron prin ea. Făcut repede şi foarte bine. Desigur, acest lucru este dificil de implementat, nu aveți nevoie de un dispozitiv, ci de altceva pentru a vedea trecerea unui electron. Dar oamenii de știință au făcut-o.

Dar, până la urmă, rezultatul a uimit pe toată lumea.

De îndată ce începem să ne uităm prin ce fantă trece un electron, acesta începe să se comporte nu ca o undă, nu ca o substanță ciudată care este situată în diferite puncte ale spațiului în același timp, ci ca o particulă obișnuită. Adică începe să arate proprietățile specifice ale unui cuantic: este situat doar într-un singur loc, trece printr-un singur slot, are o valoare de spin. Ceea ce apare pe ecran nu este un model de interferență, ci o simplă urmă vizavi de fantă.

Dar cum este posibil asta. Ca și cum electronul glumește, se joacă cu noi. La început, se comportă ca o undă, iar apoi, după ce ne-am hotărât să ne uităm la trecerea sa printr-o fantă, prezintă proprietățile unei particule solide și trece printr-o singură fantă. Dar așa stau lucrurile în microcosmos. Acestea sunt legile fizicii cuantice.

Oamenii de știință au văzut o altă proprietate misterioasă a particulelor elementare. Așa au apărut conceptele de incertitudine și colaps al funcției de undă în fizica cuantică.

Când un electron zboară spre decalaj, acesta se află într-o stare nedefinită sau, așa cum am spus mai sus, într-o suprapunere. Adică se comportă ca o undă, este situat simultan în diferite puncte din spațiu, are două valori de spin (un spin are doar două valori). Dacă nu l-am atinge, nu am încerca să-l privim, nu am afla exact unde se află, dacă nu am măsura valoarea rotației sale, ar zbura ca un val prin două fante la nivelul în același timp, ceea ce înseamnă că ar crea un model de interferență. Fizica cuantică își descrie traiectoria și parametrii folosind funcția de undă.

După ce am făcut o măsurătoare (și este posibil să măsuram o particulă din microlume doar interacționând cu ea, de exemplu, ciocnind o altă particulă cu ea), atunci funcția de undă se prăbușește.

Adică, acum electronul se află exact într-un singur loc în spațiu, are o valoare de spin.

Se poate spune că o particulă elementară este ca o fantomă, pare să existe, dar în același timp nu este într-un singur loc și, cu o anumită probabilitate, poate fi oriunde în descrierea funcției de undă. Dar de îndată ce începem să-l contactăm, se transformă dintr-un obiect fantomatic într-o substanță reală tangibilă care se comportă ca obiectele obișnuite ale lumii clasice care ne sunt familiare.

„Este fantastic”, spui tu. Sigur, dar minunile fizicii cuantice abia la început. Cel mai incredibil urmează să vină. Dar haideți să luăm o pauză de la abundența de informații și să revenim la aventurile cuantice altădată, într-un alt articol. Între timp, reflectă la ceea ce ai învățat astăzi. La ce pot duce astfel de minuni? La urma urmei, ei ne înconjoară, aceasta este o proprietate a lumii noastre, deși la un nivel mai profund. Mai credem că trăim într-o lume plictisitoare? Dar concluziile le vom trage mai târziu.

Am încercat să vorbesc pe scurt și clar despre elementele de bază ale fizicii cuantice.

Dar dacă nu înțelegeți ceva, atunci urmăriți acest desen animat despre fizica cuantică, despre experimentul cu două fante, totul este de asemenea spus acolo într-un limbaj simplu și ușor de înțeles.

Desen animat despre fizica cuantică:

Sau puteți viziona acest videoclip, totul va cădea la loc, fizica cuantică este foarte interesantă.

Videoclip despre fizica cuantică:

Cum de nu știai despre asta înainte?

Descoperirile moderne în fizica cuantică schimbă lumea materială familiară.

Cred că este sigur să spun că nimeni nu înțelege mecanica cuantică.

Fizicianul Richard Feynman

Nu este exagerat să spunem că invenția dispozitivelor semiconductoare a fost o revoluție. Aceasta nu numai că este o realizare tehnologică impresionantă, dar a deschis calea pentru evenimente care vor schimba societatea modernă pentru totdeauna. Dispozitivele semiconductoare sunt utilizate în toate tipurile de dispozitive microelectronice, inclusiv computere, anumite tipuri de echipamente de diagnostic și tratament medical și dispozitive de telecomunicații populare.

Dar în spatele acestei revoluții tehnologice se află și mai mult, o revoluție în știința generală: domeniul teoria cuantica. Fără acest salt în înțelegerea lumii naturale, dezvoltarea dispozitivelor semiconductoare (și a dispozitivelor electronice mai avansate în curs de dezvoltare) nu ar fi reușit niciodată. Fizica cuantică este o ramură incredibil de complexă a științei. Acest capitol oferă doar o scurtă prezentare generală. Când oameni de știință precum Feynman spun „nimeni nu înțelege [o]”, poți fi sigur că acesta este un subiect cu adevărat dificil. Fără o înțelegere de bază a fizicii cuantice, sau cel puțin o înțelegere a descoperirilor științifice care au dus la dezvoltarea lor, este imposibil de înțeles cum și de ce funcționează dispozitivele electronice semiconductoare. Majoritatea manualelor de electronică încearcă să explice semiconductori în termeni de „fizică clasică”, făcându-le și mai confuze de înțeles ca rezultat.

Mulți dintre noi am văzut diagrame de model atomic care arată ca imaginea de mai jos.

Atom Rutherford: electronii negativi se rotesc în jurul unui mic nucleu pozitiv

Particule minuscule de materie numite protoniși neutroni, alcătuiesc centrul atomului; electroni se învârt ca planetele în jurul unei stele. Nucleul poartă o sarcină electrică pozitivă datorită prezenței protonilor (neutronii nu au sarcină electrică), în timp ce sarcina negativă de echilibrare a unui atom se află în electronii care orbitează. Electronii negativi sunt atrași de protonii pozitivi, așa cum planetele sunt atrase de Soare, dar orbitele sunt stabile datorită mișcării electronilor. Acest model popular al atomului îl datorăm lucrării lui Ernest Rutherford, care a determinat experimental în jurul anului 1911 că sarcinile pozitive ale atomilor sunt concentrate într-un nucleu mic și dens și nu sunt distribuite uniform de-a lungul diametrului, așa cum a presupus anterior exploratorul J. J. Thomson. .

Experimentul de împrăștiere al lui Rutherford constă în bombardarea unei folii subțiri de aur cu particule alfa încărcate pozitiv, așa cum se arată în figura de mai jos. Tinerii absolvenți H. Geiger și E. Marsden au obținut rezultate neașteptate. Traiectoria unor particule alfa a fost deviată de un unghi mare. Unele particule alfa au fost împrăștiate înapoi, la un unghi de aproape 180°. Majoritatea particulelor au trecut prin folia de aur fără a-și schimba traiectoria, ca și cum nu ar fi fost deloc folie. Faptul că mai multe particule alfa au experimentat abateri mari în traiectoria lor indică prezența nucleelor ​​cu o mică sarcină pozitivă.

Imprăștirea Rutherford: un fascicul de particule alfa este împrăștiat de o folie subțire de aur

Deși modelul atomic al lui Rutherford era susținut de date experimentale mai bine decât cel al lui Thomson, el era încă imperfect. Au fost făcute noi încercări de a determina structura atomului, iar aceste eforturi au ajutat la deschiderea drumului pentru descoperirile ciudate ale fizicii cuantice. Astăzi înțelegerea noastră despre atom este puțin mai complexă. Cu toate acestea, în ciuda revoluției fizicii cuantice și a contribuțiilor acesteia la înțelegerea noastră a structurii atomului, descrierea de către Rutherford a sistemului solar ca structură a unui atom a prins rădăcini în conștiința populară în măsura în care persistă în domeniile educaționale, chiar dacă este deplasat.

Luați în considerare această scurtă descriere a electronilor dintr-un atom, luată dintr-un manual popular de electronică:

Electronii negativi care se rotesc sunt atrași de nucleul pozitiv, ceea ce ne duce la întrebarea de ce electronii nu zboară în nucleul atomului. Răspunsul este că electronii în rotație rămân pe orbita lor stabilă datorită a două forțe egale, dar opuse. Forța centrifugă care acționează asupra electronilor este îndreptată spre exterior, iar forța de atracție a sarcinilor încearcă să tragă electronii spre nucleu.

În conformitate cu modelul lui Rutherford, autorul consideră electronii ca fiind bucăți solide de materie care ocupă orbite rotunde, atracția lor către nucleul încărcat opus este echilibrată de mișcarea lor. Utilizarea termenului „forță centrifugă” este incorectă din punct de vedere tehnic (chiar și pentru planetele care orbitează), dar acest lucru este ușor de iertat datorită acceptării populare a modelului: de fapt, nu există forță, respingătororice corp în rotație din centrul orbitei sale. Acest lucru pare să fie așa, deoarece inerția corpului tinde să-l mențină în mișcare în linie dreaptă și, deoarece orbita este o abatere (accelerare) constantă de la mișcarea rectilinie, există o reacție inerțială constantă la orice forță care atrage corpul spre centru. a orbitei (centripetă), fie gravitație, atracție electrostatică, fie chiar tensiunea unei legături mecanice.

Cu toate acestea, adevărata problemă cu această explicație este, în primul rând, ideea electronilor care se mișcă pe orbite circulare. Un fapt dovedit că sarcinile electrice accelerate emit radiații electromagnetice, acest fapt era cunoscut chiar și pe vremea lui Rutherford. Deoarece mișcarea de rotație este o formă de accelerație (un obiect care se rotește în accelerație constantă, care trage obiectul departe de mișcarea sa rectilinie normală), electronii în stare de rotație trebuie să emită radiații ca noroiul dintr-o roată care se învârte. Electronii au accelerat de-a lungul căilor circulare în acceleratoarele de particule numite sincrotroni sunt cunoscuți că fac acest lucru, iar rezultatul este numit radiatia sincrotron. Dacă electronii ar pierde energie în acest fel, orbitele lor ar fi în cele din urmă perturbate și, ca urmare, s-ar ciocni cu un nucleu încărcat pozitiv. Cu toate acestea, în interiorul atomilor acest lucru nu se întâmplă de obicei. Într-adevăr, „orbitele” electronice sunt surprinzător de stabile într-o gamă largă de condiții.

În plus, experimentele cu atomi „excitați” au arătat că energia electromagnetică este emisă de un atom doar la anumite frecvențe. Atomii sunt „excitați” de influențele externe, cum ar fi lumina, despre care se știe că absoarbe energie și returnează unde electromagnetice la anumite frecvențe, la fel ca un diapazon care nu sună la o anumită frecvență până când este lovit. Când lumina emisă de un atom excitat este împărțită de o prismă în frecvențele sale componente (culori), sunt găsite linii individuale de culori în spectru, modelul liniilor spectrale este unic pentru un element chimic. Acest fenomen este folosit în mod obișnuit pentru a identifica elemente chimice și chiar pentru a măsura proporțiile fiecărui element într-un compus sau amestec chimic. Conform sistemului solar al modelului atomic Rutherford (față de electroni, ca bucăți de materie, care se rotesc liber pe o orbită cu o anumită rază) și legile fizicii clasice, atomii excitați trebuie să returneze energie într-un interval de frecvență aproape infinit și nu la frecvențele selectate. Cu alte cuvinte, dacă modelul lui Rutherford ar fi corect, atunci nu ar exista niciun efect de „diapastie”, iar spectrul de culori emis de orice atom ar apărea ca o bandă continuă de culori, mai degrabă decât ca mai multe linii separate.

Modelul lui Bohr al atomului de hidrogen (cu orbitele desenate la scară) presupune că electronii sunt doar pe orbite discrete. Electronii care se deplasează de la n=3,4,5 sau 6 la n=2 sunt afișați pe o serie de linii spectrale Balmer

Un cercetător pe nume Niels Bohr a încercat să îmbunătățească modelul lui Rutherford după ce l-a studiat în laboratorul lui Rutherford timp de câteva luni în 1912. Încercând să împace rezultatele altor fizicieni (în special Max Planck și Albert Einstein), Bohr a sugerat că fiecare electron avea o anumită cantitate specifică de energie și că orbitele lor erau distribuite în așa fel încât fiecare dintre ei să poată ocupa anumite locuri din jurul lor. nucleul, ca niște bile, fixat pe trasee circulare în jurul nucleului, și nu ca sateliți care se mișcă liber, așa cum sa presupus anterior (figura de mai sus). Respectând legile electromagnetismului și sarcinilor de accelerare, Bohr s-a referit la „orbite” ca stări staţionare pentru a evita interpretarea că erau mobile.

Deși încercarea ambițioasă a lui Bohr de a regândi structura atomului, care era mai în concordanță cu datele experimentale, a fost o piatră de hotar în fizică, ea nu a fost finalizată. Analiza sa matematică a fost mai bună la prezicerea rezultatelor experimentelor decât cele efectuate de modelele anterioare, dar mai erau întrebări fără răspuns despre De ce electronii trebuie să se comporte într-un mod atât de ciudat. Afirmația că electronii au existat în stări cuantice staționare în jurul nucleului s-a corelat mai bine cu datele experimentale decât modelul lui Rutherford, dar nu a spus ce determină electronii să preia aceste stări speciale. Răspunsul la această întrebare urma să vină de la un alt fizician, Louis de Broglie, aproximativ zece ani mai târziu.

De Broglie a sugerat că electronii, precum fotonii (particulele de lumină), au atât proprietățile particulelor, cât și proprietățile undelor. Pe baza acestei presupuneri, el a sugerat că analiza electronilor în rotație în termeni de unde este mai bună decât în ​​termeni de particule și poate oferi mai multe informații despre natura lor cuantică. Într-adevăr, s-a făcut un alt progres în înțelegere.

O coardă care vibrează la o frecvență de rezonanță între două puncte fixe formează o undă staționară

Atomul, potrivit lui de Broglie, era format din unde staționare, un fenomen bine cunoscut de fizicieni sub diferite forme. Ca și coarda ciupită a unui instrument muzical (foto sus), vibrând la o frecvență de rezonanță, cu „noduri” și „anti-noduri” în locuri stabile pe lungimea sa. De Broglie și-a imaginat electronii în jurul atomilor ca unde curbate într-un cerc (figura de mai jos).

Electroni „în rotație” ca o undă staționară în jurul nucleului, (a) două cicluri pe o orbită, (b) trei cicluri pe o orbită

Electronii pot exista doar în anumite „orbite” specifice în jurul nucleului, deoarece sunt singurele distanțe unde capetele undei coincid. La orice altă rază, unda se va ciocni distructiv cu ea însăși și astfel va înceta să mai existe.

Ipoteza lui De Broglie a oferit atât un cadru matematic, cât și o analogie fizică convenabilă pentru a explica stările cuantice ale electronilor dintr-un atom, dar modelul său al atomului era încă incomplet. De câțiva ani, fizicienii Werner Heisenberg și Erwin Schrödinger, lucrând independent, au lucrat la conceptul lui de Broglie de dualitate undă-particulă pentru a crea modele matematice mai riguroase ale particulelor subatomice.

Acest avans teoretic de la modelul primitiv de unde staționare al lui de Broglie la modelele matricei Heisenberg și ecuația diferențială Schrödinger a primit numele de mecanică cuantică și a introdus o trăsătură destul de șocantă în lumea particulelor subatomice: semnul probabilității, sau incertitudine. Conform noii teorii cuantice, a fost imposibil să se determine poziția exactă și impulsul exact al unei particule la un moment dat. O explicație populară pentru acest „principiu al incertitudinii” a fost că a existat o eroare de măsurare (adică încercând să măsurați cu precizie poziția unui electron, interferați cu impulsul acestuia și, prin urmare, nu puteți ști ce a fost înainte de a începe să măsurați poziția). , si invers). Concluzia senzațională a mecanicii cuantice este că particulele nu au poziții și momente exacte și, din cauza relației dintre aceste două cantități, incertitudinea lor combinată nu va scădea niciodată sub o anumită valoare minimă.

Această formă de conexiune „incertitudine” există și în alte domenii decât mecanica cuantică. După cum sa discutat în capitolul „Semnale AC cu frecvență mixtă” din volumul 2 al acestei serii de cărți, există relații care se exclud reciproc între încrederea în datele din domeniul timpului ale unei forme de undă și datele din domeniul frecvenței acesteia. Mai simplu spus, cu cât îi cunoaștem mai mult frecvențele componente, cu atât mai puțin exact îi cunoaștem amplitudinea în timp și invers. Citandu-ma:

Un semnal de durată infinită (un număr infinit de cicluri) poate fi analizat cu o acuratețe absolută, dar cu cât computerul are la dispoziție mai puține cicluri pentru analiză, cu atât analiza este mai puțin precisă... Cu cât semnalul are mai puține perioade, cu atât frecvența acestuia este mai puțin precisă. . Ducând acest concept la extrema sa logică, un impuls scurt (nici măcar o perioadă întreagă a unui semnal) nu are cu adevărat o frecvență definită, este o gamă infinită de frecvențe. Acest principiu este comun tuturor fenomenelor ondulatorii și nu numai tensiunilor și curenților variabili.

Pentru a determina cu precizie amplitudinea unui semnal în schimbare, trebuie să-l măsurăm într-un timp foarte scurt. Cu toate acestea, acest lucru limitează cunoștințele noastre despre frecvența undei (o undă în mecanica cuantică nu trebuie să fie similară cu o undă sinusoidală; o astfel de similitudine este un caz special). Pe de altă parte, pentru a determina frecvența unei unde cu mare precizie, trebuie să o măsurăm pe un număr mare de perioade, ceea ce înseamnă că vom pierde din vedere amplitudinea ei în orice moment. Astfel, nu putem cunoaște simultan amplitudinea instantanee și toate frecvențele oricărei unde cu o precizie nelimitată. O altă ciudățenie, această incertitudine este mult mai mare decât inexactitatea observatorului; este în însăși natura valului. Nu este cazul, deși ar fi posibil, având în vedere tehnologia adecvată, să se asigure simultan măsurători precise atât ale amplitudinii instantanee, cât și ale frecvenței. Într-un sens literal, o undă nu poate avea exact amplitudinea instantanee și frecvența exactă în același timp.

Incertitudinea minimă a poziției particulelor și a impulsului exprimată de Heisenberg și Schrödinger nu are nimic de-a face cu o limitare în măsurare; mai degrabă, este o proprietate intrinsecă a naturii dualității undă-particulă a unei particule. Prin urmare, electronii nu există de fapt în „orbitele” lor ca particule de materie bine definite, sau chiar ca forme de undă bine definite, ci mai degrabă ca „nori” - un termen tehnic. funcția de undă distribuții de probabilitate, ca și cum fiecare electron ar fi „împrăștiat” sau „împrăștiat” pe o serie de poziții și momente.

Această viziune radicală a electronilor ca nori nedeterminați contrazice inițial principiul original al stărilor cuantice ale electronilor: electronii există în „orbite” discrete, definite, în jurul nucleului unui atom. La urma urmei, această nouă viziune a fost descoperirea care a condus la formarea și explicarea teoriei cuantice. Cât de ciudat pare că o teorie creată pentru a explica comportamentul discret al electronilor ajunge să declare că electronii există ca „nori” și nu ca bucăți separate de materie. Cu toate acestea, comportamentul cuantic al electronilor nu depinde de electronii care au anumite valori ale coordonatelor și impulsului, ci de alte proprietăți numite numere cuantice. În esență, mecanica cuantică renunță la conceptele comune de poziție absolută și moment absolut și le înlocuiește cu concepte absolute de tipuri care nu au analogi în practica comună.

Chiar dacă se știe că electronii există în forme neîncarnate, „înnorate” de probabilitate distribuită, mai degrabă decât bucăți separate de materie, acești „nori” au caracteristici ușor diferite. Orice electron dintr-un atom poate fi descris prin patru măsuri numerice (numerele cuantice menționate mai devreme), numite principal (radial), orbital (azimut), magneticși a învârti numerele. Mai jos este o scurtă prezentare generală a semnificației fiecăruia dintre aceste numere:

Număr cuantic principal (radial).: notat printr-o literă n, acest număr descrie învelișul pe care se află electronul. „Învelișul” de electroni este o regiune a spațiului din jurul nucleului unui atom în care electronii pot exista, corespunzând modelelor stabile de „undă staționară” ale lui de Broglie și Bohr. Electronii pot „sări” de la o coajă la alta, dar nu pot exista între ei.

Numărul cuantic principal trebuie să fie un număr întreg pozitiv (mai mare sau egal cu 1). Cu alte cuvinte, numărul cuantic principal al unui electron nu poate fi 1/2 sau -3. Aceste numere întregi nu au fost alese în mod arbitrar, ci prin dovezi experimentale ale spectrului luminos: diferitele frecvențe (culori) ale luminii emise de atomii de hidrogen excitați urmează o relație matematică în funcție de valorile întregi specifice, așa cum se arată în figura de mai jos.

Fiecare înveliș are capacitatea de a deține mai mulți electroni. O analogie pentru învelișurile de electroni sunt rândurile concentrice de scaune dintr-un amfiteatru. Așa cum o persoană care stă într-un amfiteatru trebuie să aleagă un rând pentru a se așeza (nu poate să stea între rânduri), electronii trebuie să „alege” o anumită înveliș pentru a „se așeza”. La fel ca șirurile dintr-un amfiteatru, învelișurile exterioare dețin mai mulți electroni decât învelișurile mai aproape de centru. De asemenea, electronii tind să găsească cel mai mic înveliș disponibil, la fel cum oamenii dintr-un amfiteatru caută locul cel mai apropiat de scena centrală. Cu cât numărul de înveliș este mai mare, cu atât electronii au mai multă energie pe ea.

Numărul maxim de electroni pe care îi poate ține orice înveliș este descris de ecuația 2n 2 , unde n este numărul cuantic principal. Astfel, primul înveliș (n = 1) poate conține 2 electroni; a doua înveliș (n = 2) - 8 electroni; iar a treia înveliș (n = 3) - 18 electroni (figura de mai jos).

Numărul cuantic principal n și numărul maxim de electroni sunt legate prin formula 2(n 2). Orbitele nu sunt la scară.

Învelișurile de electroni din atom au fost notate mai degrabă cu litere decât cu cifre. Prima coajă (n = 1) a fost desemnată K, a doua coajă (n = 2) L, a treia coajă (n = 3) M, a patra coajă (n = 4) N, a cincea coajă (n = 5) O, a șasea coajă (n = 6) P și a șaptea coajă (n = 7) B.

Număr cuantic orbital (azimutal).: un înveliș compus din subcochilii. Unii ar putea considera că este mai convenabil să se gândească la subshell-uri ca la simple secțiuni de shell-uri, cum ar fi benzile care despart un drum. Subshell-urile sunt mult mai ciudate. Subcoapele sunt regiuni ale spațiului în care pot exista „nori” de electroni și, de fapt, diferite subcopii au forme diferite. Prima subînveliș are forma unei sfere (Figura de mai jos (s)), ceea ce are sens atunci când este vizualizat ca un nor de electroni care înconjoară nucleul unui atom în trei dimensiuni.

Al doilea subshell seamănă cu o ganteră, constând din două „petale” conectate într-un punct aproape de centrul atomului (figura de mai jos (p)).

Cel de-al treilea subshell seamănă de obicei cu un set de patru „petale” grupate în jurul nucleului unui atom. Aceste forme subshell seamănă cu reprezentări grafice ale modelelor de antene cu lobi asemănător ceapă care se extind de la antenă în diferite direcții (Figura de mai jos (d)).

Orbitali:
(s) triplă simetrie;
(p) Se arată: p x , una dintre cele trei orientări posibile (p x , p y , p z), de-a lungul axelor respective;
(d) Se arată: d x 2 -y 2 este similar cu d xy , d yz , d xz . Afișat: d z 2 . Numărul de orbitali d posibili: cinci.

Valorile valide pentru numărul cuantic orbital sunt numere întregi pozitive, ca și pentru numărul cuantic principal, dar includ și zero. Aceste numere cuantice pentru electroni sunt notate cu litera l. Numărul de subcochilii este egal cu numărul cuantic principal al învelișului. Astfel, primul shell (n = 1) are un subshell cu numărul 0; a doua înveliș (n = 2) are două subcochilii numerotate 0 și 1; a treia înveliș (n = 3) are trei subshell numerotate 0, 1 și 2.

Vechea convenție subshell folosea mai degrabă litere decât numere. În acest format, primul subshell (l = 0) a fost notat s, al doilea subshell (l = 1) a fost notat p, al treilea subshell (l = 2) a fost notat d, iar al patrulea subshell (l = 3) a fost notat notat f. Literele provin din cuvintele: ascuțit, principal, difuzși Fundamental. Puteți vedea în continuare aceste denumiri în multe tabele periodice folosite pentru a indica configurația electronică a exteriorului ( valenţă) învelișuri de atomi.

(a) reprezentarea Bohr a atomului de argint,
(b) Reprezentarea orbitală a Ag cu diviziunea învelișurilor în subînveliș (numărul cuantic orbital l).
Această diagramă nu implică nimic despre poziția actuală a electronilor, ci reprezintă doar nivelurile de energie.

Număr cuantic magnetic: Numărul cuantic magnetic al electronului clasifică orientarea figurii subînvelișului electronic. „Petalele” subcociilor pot fi îndreptate în mai multe direcții. Aceste orientări diferite se numesc orbitali. Pentru prima subshell (s; l = 0), care seamănă cu o sferă, „direcția” nu este specificată. Pentru o a doua (p; l = 1) subshell în fiecare coajă care seamănă cu o gantere îndreptată în trei direcții posibile. Imaginează-ți trei gantere care se intersectează la origine, fiecare îndreptată de-a lungul propriei axe într-un sistem de coordonate triaxial.

Valorile valide pentru un număr cuantic dat constau în numere întregi cuprinse între -l și l, iar acest număr este notat ca m lîn fizica atomică şi zîn fizica nucleară. Pentru a calcula numărul de orbitali din orice subshell, trebuie să dublați numărul subshellului și să adăugați 1, (2∙l + 1). De exemplu, primul subshell (l = 0) din orice înveliș conține un orbital numerotat 0; al doilea subshell (l = 1) din orice înveliș conține trei orbitali cu numerele -1, 0 și 1; al treilea subshell (l = 2) conține cinci orbitali numerotați -2, -1, 0, 1 și 2; etc.

La fel ca și numărul cuantic principal, numărul cuantic magnetic a apărut direct din datele experimentale: efectul Zeeman, separarea liniilor spectrale prin expunerea unui gaz ionizat la un câmp magnetic, de unde și denumirea de număr cuantic „magnetic”.

Spin număr cuantic: ca și numărul cuantic magnetic, această proprietate a electronilor unui atom a fost descoperită prin experimente. Observarea atentă a liniilor spectrale a arătat că fiecare linie era de fapt o pereche de linii foarte apropiate, s-a sugerat că acest așa-numit structură fină a fost rezultatul „învârtirii” fiecărui electron în jurul propriei axe, ca o planetă. Electronii cu „rotiri” diferite ar emite frecvențe de lumină ușor diferite atunci când sunt excitați. Conceptul de electron rotativ este acum depășit, fiind mai potrivit pentru viziunea (incorectă) a electronilor ca particule individuale de materie, mai degrabă decât ca „nori”, dar numele rămâne.

Numerele cuantice spin sunt notate ca Domnișoarăîn fizica atomică şi szîn fizica nucleară. Fiecare orbital din fiecare subshell poate avea doi electroni în fiecare înveliș, unul cu spin +1/2 și celălalt cu spin -1/2.

Fizicianul Wolfgang Pauli a dezvoltat un principiu care explică ordonarea electronilor într-un atom în funcție de aceste numere cuantice. Principiul lui, numit Principiul excluderii Pauli, afirmă că doi electroni din același atom nu pot ocupa aceleași stări cuantice. Adică, fiecare electron dintr-un atom are un set unic de numere cuantice. Acest lucru limitează numărul de electroni care pot ocupa orice orbital, subînveliș și înveliș dat.

Aceasta arată aranjarea electronilor într-un atom de hidrogen:

Cu un proton în nucleu, atomul acceptă un electron pentru echilibrul său electrostatic (sarcina pozitivă a protonului este exact echilibrată de sarcina negativă a electronului). Acest electron se află în învelișul inferior (n = 1), primul subshell (l = 0), în singurul orbital (orientare spațială) al acestui subshell (m l = 0), cu o valoare de spin de 1/2. Metoda generală de descriere a acestei structuri este prin enumerarea electronilor în funcție de învelișurile și subînvelișurile lor, conform unei convenții numite notație spectroscopică. În această notație, numărul de înveliș este afișat ca un întreg, subînvelișul ca o literă (s,p,d,f) și numărul total de electroni din subînveliș (toți orbitalii, toți spinii) ca un superscript. Astfel, hidrogenul, cu unicul său electron plasat la nivelul bazei, este descris ca 1s 1 .

Trecând la următorul atom (în ordinea numărului atomic), obținem elementul heliu:

Un atom de heliu are doi protoni în nucleul său, ceea ce necesită doi electroni pentru a echilibra sarcina electrică dublă pozitivă. Deoarece doi electroni - unul cu spin 1/2 și celălalt cu spin -1/2 - se află în același orbital, structura electronică a heliului nu necesită învelișuri sau învelișuri suplimentare pentru a deține al doilea electron.

Cu toate acestea, un atom care necesită trei sau mai mulți electroni va avea nevoie de subcoape suplimentare pentru a păstra toți electronii, deoarece doar doi electroni pot fi pe învelișul inferior (n = 1). Luați în considerare următorul atom din succesiunea numerelor atomice crescătoare, litiu:

Atomul de litiu folosește o parte din capacitatea L a carcasei (n = 2). Acest înveliș are de fapt o capacitate totală de opt electroni (capacitatea maximă a învelișului = 2n 2 electroni). Dacă luăm în considerare structura unui atom cu o înveliș L complet umplut, vedem cum toate combinațiile de subînvelișuri, orbitali și spini sunt ocupate de electroni:

Adesea, atunci când se atribuie o notație spectroscopică unui atom, orice înveliș complet umplut este omis și sunt notate învelișuri neumplute și învelișuri umplute de nivel superior. De exemplu, elementul neon (prezentat în figura de mai sus), care are două învelișuri complet umplute, poate fi descris spectral ca simplu 2p 6 mai degrabă decât 1s 22 s 22 p 6 . Litiul, cu învelișul K complet umplut și un singur electron în învelișul L, poate fi descris pur și simplu ca 2s 1 mai degrabă decât 1s 22 s 1 .

Omiterea shell-urilor de nivel inferior complet populate nu este doar pentru comoditatea notării. De asemenea, ilustrează un principiu de bază al chimiei: comportamentul chimic al unui element este determinat în primul rând de învelișurile sale neumplute. Atât hidrogenul, cât și litiul au un electron în învelișul lor exterior (ca 1 și, respectiv, 2s 1), adică ambele elemente au proprietăți similare. Ambele sunt foarte reactive și reacționează în moduri aproape identice (se leagă cu elemente similare în condiții similare). Nu contează cu adevărat că litiul are un înveliș K complet umplut sub un înveliș L aproape liber: învelișul L neumplut este cel care îi determină comportamentul chimic.

Elementele care au umplut complet învelișurile exterioare sunt clasificate ca nobile și se caracterizează printr-o lipsă aproape completă de reacție cu alte elemente. Aceste elemente au fost clasificate drept inerte atunci când se considera că nu reacţionează deloc, dar se ştie că formează compuşi cu alte elemente în anumite condiţii.

Deoarece elementele cu aceeași configurație de electroni în învelișul lor exterioară au proprietăți chimice similare, Dmitri Mendeleev a organizat elementele chimice într-un tabel în consecință. Acest tabel este cunoscut ca , iar tabelele moderne urmează acest aspect general, prezentat în figura de mai jos.

Tabelul periodic al elementelor chimice

Dmitri Mendeleev, un chimist rus, a fost primul care a dezvoltat tabelul periodic al elementelor. Chiar dacă Mendeleev și-a organizat tabelul în funcție de masa atomică, nu de numărul atomic și a creat un tabel care nu a fost la fel de util ca tabelele periodice moderne, dezvoltarea sa este un exemplu excelent de dovezi științifice. Văzând modele de periodicitate (proprietăți chimice similare în funcție de masa atomică), Mendeleev a emis ipoteza că toate elementele trebuie să se încadreze în acest model ordonat. Când a descoperit locuri „goale” în tabel, a urmat logica ordinii existente și și-a asumat existența unor elemente încă necunoscute. Descoperirea ulterioară a acestor elemente a confirmat corectitudinea științifică a ipotezei lui Mendeleev, descoperiri ulterioare au condus la forma tabelului periodic pe care îl folosim acum.

Ca aceasta ar trebui săștiința muncii: ipotezele conduc la concluzii logice și sunt acceptate, modificate sau respinse în funcție de consistența datelor experimentale cu concluziile lor. Orice prost poate formula o ipoteză după fapt pentru a explica datele experimentale disponibile, și mulți fac. Ceea ce distinge o ipoteză științifică de speculația post-hoc este predicția unor date experimentale viitoare care nu au fost încă colectate și, posibil, respingerea acestor date ca rezultat. Conduceți cu îndrăzneală ipoteza la concluzia(ele) logică(e) și încercarea de a prezice rezultatele experimentelor viitoare nu este un salt dogmatic de credință, ci mai degrabă o testare publică a acestei ipoteze, o provocare deschisă pentru oponenții ipotezei. Cu alte cuvinte, ipotezele științifice sunt întotdeauna „riscante” din cauza încercării de a prezice rezultatele experimentelor care nu au fost încă făcute și, prin urmare, pot fi falsificate dacă experimentele nu decurg conform așteptărilor. Astfel, dacă o ipoteză prezice corect rezultatele experimentelor repetate, aceasta este infirmată.

Mecanica cuantică, mai întâi ca ipoteză și apoi ca teorie, a avut un mare succes în prezicerea rezultatelor experimentelor și, prin urmare, a primit un grad ridicat de credibilitate științifică. Mulți oameni de știință au motive să creadă că aceasta este o teorie incompletă, deoarece predicțiile ei sunt mai adevărate la scară microfizică decât la scară macroscopică, dar, cu toate acestea, este o teorie extrem de utilă pentru explicarea și prezicerea interacțiunii particulelor și atomilor.

După cum ați văzut în acest capitol, fizica cuantică este esențială în descrierea și prezicerea multor fenomene diferite. În secțiunea următoare, vom vedea semnificația acesteia în conductivitatea electrică a solidelor, inclusiv a semiconductorilor. Mai simplu spus, nimic din chimie sau fizica stării solide nu are sens în structura teoretică populară a electronilor existenți ca particule individuale de materie care înconjoară nucleul unui atom ca niște sateliți în miniatură. Când electronii sunt priviți ca „funcții de undă” existente în anumite stări discrete care sunt regulate și periodice, atunci comportamentul materiei poate fi explicat.

Rezumând

Electronii din atomi există în „nori” de probabilitate distribuită și nu ca particule discrete de materie care se rotesc în jurul nucleului, precum sateliții în miniatură, așa cum arată exemplele comune.

Electronii individuali din jurul nucleului unui atom tind la „stări” unice descrise de patru numere cuantice: număr cuantic principal (radial)., cunoscut ca coajă; număr cuantic orbital (azimut)., cunoscut ca subshell; număr cuantic magnetic descriind orbital(orientarea subshell); și număr cuantic de spin, sau pur și simplu a învârti. Aceste stări sunt cuantice, adică „între ele” nu există condiții pentru existența unui electron, cu excepția stărilor care se încadrează în schema de numerotare cuantică.

Glanoe (radial) număr cuantic (n) descrie nivelul de bază sau învelișul în care se află electronul. Cu cât acest număr este mai mare, cu atât raza norului de electroni este mai mare de la nucleul atomului și cu atât energia electronului este mai mare. Numerele cuantice principale sunt numere întregi (numere întregi pozitive)

Număr cuantic orbital (azimutal) (l) descrie forma unui nor de electroni într-un anumit înveliș sau nivel și este adesea cunoscut sub numele de „subshell”. În orice înveliș, există tot atâtea subcochilii (forme ale unui nor de electroni) cât numărul cuantic principal al învelișului. Numerele cuantice azimutale sunt numere întregi pozitive care încep de la zero și se termină cu un număr mai mic decât numărul cuantic principal cu unu (n - 1).

Număr cuantic magnetic (m l) descrie ce orientare are subshell (forma norului de electroni). Subshell-urile pot avea tot atâtea orientări diferite cât de două ori numărul subshell (l) plus 1, (2l+1) (adică pentru l=1, m l = -1, 0, 1), iar fiecare orientare unică se numește orbital . Aceste numere sunt numere întregi care pornesc de la o valoare negativă a numărului subshell (l) până la 0 și se termină cu o valoare pozitivă a numărului subshell.

Număr cuantic de rotație (m s) descrie o altă proprietate a electronului și poate lua valorile +1/2 și -1/2.

Principiul excluderii Pauli spune că doi electroni dintr-un atom nu pot împărtăși același set de numere cuantice. Prin urmare, pot exista cel mult doi electroni în fiecare orbital (spin=1/2 și spin=-1/2), 2l+1 orbitali în fiecare subshell și n subshell în fiecare înveliș și nu mai mult.

Notație spectroscopică este o convenție pentru structura electronică a unui atom. Învelișurile sunt afișate sub formă de numere întregi, urmate de litere de subînveliș (s, p, d, f) cu numere în superscript care indică numărul total de electroni găsiți în fiecare subînveliș respectiv.

Comportamentul chimic al unui atom este determinat numai de electroni din învelișurile neumplute. Învelișurile de nivel scăzut care sunt complet umplute au un efect redus sau deloc asupra caracteristicilor de legare chimică a elementelor.

Elementele cu învelișuri de electroni complet umplute sunt aproape complet inerte și sunt numite nobil elemente (cunoscute anterior ca inerte).

Kvantinė fizika statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. fizica cuantică vok. Quantenphysik, f rus. fizica cuantică, f pranc. physique quantique, f … Fizikos terminų žodynas

Acest termen are alte semnificații, vezi Stare staționară. O stare staționară (din latină stationarius stând nemișcat, nemișcat) este starea unui sistem cuantic în care energia sa și alte dinamici ... Wikipedia

- ... Wikipedia

Are următoarele subsecțiuni (lista este incompletă): Mecanica cuantică Teoria cuantică algebrică Teoria câmpului cuantic Electrodinamica cuantică Cromodinamica cuantică Termodinamica cuantică Gravitația cuantică Teoria superstringurilor Vezi și ... ... Wikipedia

Mecanica cuantică Principiul incertitudinii Introducere ... Formulare matematică ... Baza ... Wikipedia

FIZICĂ. 1. Materia si structura fizicii F. stiinta care studiaza cel mai simplu si in acelasi timp cel mai mult. proprietăţile generale şi legile de mişcare ale obiectelor lumii materiale care ne înconjoară. Ca urmare a acestei generalități, nu există fenomene naturale care să nu aibă fizic. proprietati... Enciclopedia fizică

Fizica hipernucleară este o ramură a fizicii aflată la intersecția dintre fizica nucleară și fizica particulelor elementare, în care subiectul cercetării îl reprezintă sistemele de tip nucleu care conțin, pe lângă protoni și neutroni, și alte particule elementare hiperoni. De asemenea ...... Wikipedia

O ramură a fizicii care studiază dinamica particulelor din acceleratoare, precum și numeroase probleme tehnice asociate cu construcția și funcționarea acceleratoarelor de particule. Fizica acceleratoarelor include probleme legate de producerea și acumularea de particule... Wikipedia

Fizica cristalelor Cristalografia cristalului Rețea cristalină Tipuri de rețele cristaline Difracția în cristale Rețea reciprocă Celulă Wigner Seitz Zona Brillouin Factorul de bază structural Factorul de împrăștiere atomică Tipuri de legături în ... ... Wikipedia

Logica cuantică este o ramură a logicii necesară raționării propozițiilor care țin cont de principiile teoriei cuantice. Acest domeniu de cercetare a fost fondat în 1936 prin munca lui Garit Bierhof și John von Neumann, care au încercat ... ... Wikipedia

Cărți

• Fizica cuantică, Leonid Karlovich Martinson. Materialul teoretic și experimental care stă la baza fizicii cuantice este prezentat în detaliu. Se acordă multă atenție conținutului fizic al conceptelor cuantice de bază și matematicii...
• Fizica cuantică, Sheddad Qaid-Sala Ferron. Întreaga noastră lume și tot ce este în ea - case, copaci și chiar oameni! - este format din particule minuscule. Cartea „Fizica cuantică” din seria „Primele cărți despre știință” va vorbi despre invizibil pentru noi...

Auzind cuvintele „fizică cuantică”, oamenii resping de obicei: „Este ceva teribil de complicat”. Între timp, acesta nu este absolut cazul și nu există absolut nimic teribil în cuvântul „cuantic”. De neînțeles - suficient, interesant - mult, dar înfricoșător - nu.

Despre rafturi, scări și Ivan Ivanovici

Toate procesele, fenomenele și cantitățile din lumea din jurul nostru pot fi împărțite în două grupe: continue (din punct de vedere științific continuu ) și discontinue (discrete din punct de vedere științific sau cuantificat ).

Imaginează-ți o masă pe care poți pune o carte. Puteți pune cartea oriunde pe masă. În dreapta, în stânga, în mijloc... Oriunde vrei - pune-l acolo. În acest caz, fizicienii spun că poziția cărții pe masă se schimbă continuu .

Acum imaginați-vă rafturi de cărți. Poți pune o carte pe primul raft, pe al doilea, pe al treilea sau pe al patrulea - dar nu poți pune cartea „undeva între al treilea și al patrulea”. În acest caz, poziția cărții se schimbă discontinuu , discret , cuantificat (Aceste cuvinte înseamnă toate același lucru.)

Lumea din jurul nostru este plină de cantități continue și cuantificate. Iată două fete - Katya și Masha. Înălțimea lor este de 135 și 136 de centimetri. Care este această valoare? Înălțimea se modifică continuu, poate fi de 135 de centimetri și jumătate și de 135 de centimetri și un sfert. Dar numărul școlii la care învață fetele este o valoare cuantificată! Să presupunem că Katya studiază la școala numărul 135, iar Masha la școala numărul 136. Cu toate acestea, niciunul dintre ei nu poate studia la școala numărul 135 și jumătate, nu?

Un alt exemplu de sistem cuantificat este tabla de șah. Există 64 de pătrate pe o tablă de șah și fiecare piesă poate ocupa doar un pătrat. Putem pune un pion undeva între pătrate sau putem pune doi pioni pe un pătrat deodată? De fapt, putem, dar conform regulilor, nu.

Coborâre continuu

Și iată toboganul de pe locul de joacă. Copiii alunecă în jos de pe acesta - pentru că înălțimea toboganului se modifică fără probleme, continuu. Acum imaginați-vă că acest deal dintr-o dată (agitând o baghetă magică!) s-a transformat într-o scară. Nu va mai fi posibil să se rostogolească de pe fundul ei. Trebuie să mergi cu picioarele – mai întâi un pas, apoi al doilea, apoi al treilea. Valoarea (înălțimea) pe care am schimbat-o continuu - dar a început să se schimbe în trepte, adică discret, cuantificat .

Coborâre cuantizată

Sa verificam!

1. Un vecin de la țară, Ivan Ivanovici, a mers într-un sat vecin și a spus: „Mă voi odihni undeva pe drum”.

2. Vecinul de la țară, Ivan Ivanovici, s-a dus într-un sat vecin și a spus „Merg cu un autobuz”.

Care dintre aceste două situații („sisteme”) poate fi considerată continuă și care - cuantizată?

Răspuns:

În primul caz, Ivan Ivanovici merge și se poate opri să se odihnească în orice moment. Deci acest sistem este continuu.

În al doilea, Ivan Ivanovici se poate urca într-un autobuz care s-a oprit. Poate sări peste și aștept următorul autobuz. Dar nu va putea să stea „undeva între” autobuze. Deci acest sistem este cuantificat!

Totul tine de astronomie

Existența cantităților continue (continue) și discontinue (cuantizate, discontinue, discrete) era bine cunoscută chiar și de către grecii antici. În cartea sa „Psammit” („Calculul granulelor de nisip”) Arhimede a făcut chiar prima încercare de a stabili o relație matematică între cantitățile continue și cuantificate. Cu toate acestea, nu exista fizică cuantică la acel moment.

Nu a existat până la începutul secolului al XX-lea! Fizicieni atât de mari precum Galileo, Descartes, Newton, Faraday, Jung sau Maxwell nu auziseră niciodată de nicio fizică cuantică și se înțelegeau foarte bine fără ea. Vă puteți întreba: de ce atunci oamenii de știință au venit cu fizica cuantică? Ce este special în fizică sa întâmplat? Imaginează-ți ce s-a întâmplat. Numai că deloc în fizică, ci în astronomie!

Satelit misterios

În 1844, astronomul german Friedrich Bessel a observat cea mai strălucitoare stea de pe cerul nostru nocturn, Sirius. Până atunci, astronomii știau deja că stelele de pe cerul nostru nu sunt staționare - se mișcă, doar foarte, foarte încet. Mai mult, fiecare stea este importantă! - se mișcă în linie dreaptă. Deci, la observarea lui Sirius, s-a dovedit că el nu se mișcă deloc în linie dreaptă. Steaua părea că se „agită” mai întâi într-o direcție, apoi în cealaltă. Calea lui Sirius pe cer a fost ca o linie întortocheată, pe care matematicienii o numesc „undă sinusoială”.

Steaua Sirius și satelitul său - Sirius B

Era clar că steaua însăși nu se putea mișca așa. Pentru a transforma mișcarea în linie dreaptă în mișcare sinusoidală, este nevoie de un fel de „forță perturbatoare”. Prin urmare, Bessel a sugerat că un satelit greu se învârte în jurul lui Sirius - aceasta a fost explicația cea mai naturală și rezonabilă.

Cu toate acestea, calculele au arătat că masa acestui satelit ar trebui să fie aproximativ aceeași cu cea a Soarelui nostru. Atunci de ce nu putem vedea acest satelit de pe Pământ? Sirius nu este departe de sistemul solar - vreo două parsec-uri și jumătate, iar un obiect de dimensiunea Soarelui ar trebui să fie vizibil foarte bine...

S-a dovedit a fi o sarcină dificilă. Unii oameni de știință au spus că acest satelit este o stea rece și răcită - prin urmare este absolut neagră și invizibilă de pe planeta noastră. Alții au spus că acest satelit nu este negru, ci transparent, motiv pentru care nu îl putem vedea. Astronomii din întreaga lume l-au privit pe Sirius prin telescoape și au încercat să „prindă” misteriosul satelit invizibil, iar el părea să-i bată joc de ei. Era ceva de surprins, știi...

Avem nevoie de un telescop miracol!

Într-un astfel de telescop, oamenii au văzut pentru prima dată satelitul lui Sirius

La mijlocul secolului al XIX-lea, remarcabilul designer de telescop Alvin Clark a trăit și a lucrat în Statele Unite. Prin prima profesie a fost artist, dar întâmplător s-a transformat într-un inginer, sticlator și astronom de primă clasă. Până acum, nimeni nu a reușit să-și depășească telescoapele uimitoare cu lentile! Una dintre lentilele realizate de Alvin Clark (76 de centimetri în diametru) poate fi văzută la Sankt Petersburg, în muzeul Observatorului Pulkovo...

Totuși, ne divagăm. Așadar, în 1867, Alvin Clark a construit un nou telescop - cu o lentilă cu un diametru de 47 de centimetri; era cel mai mare telescop din SUA la acea vreme. A fost misteriosul Sirius care a fost ales ca primul obiect ceresc care a fost observat în timpul testelor. Și speranțele astronomilor au fost în mod strălucit justificate - chiar în prima noapte, satelitul evaziv al lui Sirius, prezis de Bessel, a fost descoperit.

Din tigaie pe foc...

Cu toate acestea, după ce au primit datele observaționale ale lui Clark, astronomii nu s-au bucurat mult timp. Într-adevăr, conform calculelor, masa satelitului ar trebui să fie aproximativ aceeași cu cea a Soarelui nostru (de 333.000 de ori masa Pământului). Dar în loc de un imens corp ceresc negru (sau transparent), astronomii au văzut... o stea minusculă albă! Acest asterisc era foarte fierbinte (25.000 de grade, comparativ cu 5.500 de grade ale Soarelui nostru) și în același timp mic (după standardele cosmice), nu mai mare decât Pământul (mai târziu astfel de stele au fost numite „pitici albe”). S-a dovedit că acest asterisc avea o densitate absolut de neimaginat. Din ce substanță constă atunci?

Pe Pământ, cunoaștem materiale de înaltă densitate, precum plumbul (un cub cu o latură de centimetru făcut din acest metal cântărește 11,3 grame) sau aurul (19,3 grame pe centimetru cub). Densitatea substanței satelitului lui Sirius (a fost numit „Sirius B”) este milion (!!!) grame pe centimetru cub - este de 52 de mii de ori mai greu decât aurul!

Luați, de exemplu, o cutie de chibrituri obișnuită. Volumul său este de 28 de centimetri cubi. Aceasta înseamnă că o cutie de chibrituri umplută cu substanța satelitului lui Sirius va cântări... 28 de tone! Încercați să vă imaginați - pe o scară există o cutie de chibrituri, iar pe a doua - un rezervor!

A mai fost o problemă. Există o lege în fizică numită legea lui Charles. El susține că în același volum presiunea unei substanțe este cu atât mai mare, cu atât temperatura acestei substanțe este mai mare. Amintiți-vă cum presiunea aburului fierbinte rupe capacul unui ibric fiert - și veți înțelege imediat despre ce este vorba. Deci, temperatura substanței satelitului lui Sirius a încălcat chiar această lege a lui Charles în cel mai nerușinat mod! Presiunea era de neimaginat și temperatura relativ scăzută. Ca urmare, au fost obținute legi fizice „greșite” și, în general, fizică „greșită”. Ca și Winnie the Pooh - „albinele greșite și mierea greșită”.

Complet amețit...

Pentru a „salva” fizica, la începutul secolului al XX-lea, oamenii de știință au fost nevoiți să admită că în lume există DOUA fizicii deodată – una „clasică”, cunoscută de două mii de ani. Al doilea este neobișnuit cuantic . Oamenii de știință au sugerat că legile fizicii clasice funcționează la nivelul obișnuit, „macroscopic” al lumii noastre. Dar la cel mai mic nivel, „microscopic”, materia și energia se supun unor legi complet diferite – cele cuantice.

Imaginează-ți planeta noastră Pământ. Peste 15.000 de obiecte artificiale diferite se învârt acum în jurul lui, fiecare pe propria sa orbită. Mai mult, această orbită poate fi schimbată (corectată) dacă se dorește - de exemplu, orbita Stației Spațiale Internaționale (ISS) este corectată periodic. Acesta este un nivel macroscopic, aici funcționează legile fizicii clasice (de exemplu, legile lui Newton).

Acum să trecem la nivel microscopic. Imaginează-ți nucleul unui atom. În jurul lui, la fel ca sateliții, electronii se învârt – cu toate acestea, nu pot exista în mod arbitrar mulți dintre ei (să zicem, un atom de heliu nu are mai mult de doi). Și orbitele electronilor nu vor mai fi arbitrare, ci cuantificate, „în trepte”. Astfel de orbite ale fizicii sunt numite și „niveluri de energie permise”. Un electron nu se poate deplasa „liniște” de la un nivel permis la altul, ci poate doar „sări” instantaneu de la un nivel la altul. Tocmai am fost „acolo” și a apărut instantaneu „aici”. El nu poate fi undeva între „acolo” și „aici”. Își schimbă locația instantaneu.

Minunat? Minunat! Dar asta nu este tot. Cert este că, conform legilor fizicii cuantice, doi electroni identici nu pot ocupa același nivel de energie. Nu. Oamenii de știință numesc acest fenomen „interdicția lui Pauli” (de ce funcționează această „interdicție”, ei încă nu pot explica). Cel mai mult, această „interdicție” seamănă cu o tablă de șah, pe care am citat-o ​​ca exemplu de sistem cuantic - dacă există un pion pe un pătrat al tablei, un alt pion nu mai poate fi plasat pe acest pătrat. Exact același lucru se întâmplă cu electronii!

Rezolvarea problemei

Cum, vă întrebați, poate explica fizica cuantică fenomene atât de neobișnuite precum încălcarea legii lui Charles în interiorul lui Sirius B? Dar cum.

Imaginați-vă un parc oraș care are un ring de dans. Sunt mulți oameni care se plimbă pe stradă, merg pe ringul de dans să danseze. Fie ca numărul de oameni de pe stradă să reprezinte presiunea, iar numărul de oameni din discotecă temperatura. Un număr mare de oameni pot merge pe ringul de dans - cu cât se plimbă mai mulți oameni în parc, cu atât mai mulți oameni dansează pe ringul de dans, adică cu cât presiunea este mai mare, cu atât temperatura este mai mare. Așa funcționează legile fizicii clasice - inclusiv legea lui Charles. Oamenii de știință numesc o astfel de substanță „gaz ideal”.

Oameni pe ringul de dans - „gaz ideal”

Cu toate acestea, la nivel microscopic, legile fizicii clasice nu funcționează. Legile cuantice încep să opereze acolo, iar acest lucru schimbă radical situația.

Imaginați-vă că a fost deschisă o cafenea pe locul ringului de dans din parc. Care este diferența? Da, în faptul că într-o cafenea, spre deosebire de o discotecă, „câte vrei” oamenii nu vor intra. De îndată ce toate locurile de la mese sunt ocupate, securitatea va înceta să mai lase oameni înăuntru. Și până când unul dintre invitați nu eliberează masa, securitatea nu va lăsa pe nimeni să intre! Din ce în ce mai mulți oameni se plimbă prin parc - și câți oameni erau în cafenea, atât de mulți au rămas. Se pare că presiunea crește, iar temperatura „stă nemișcată”.

Oameni într-o cafenea - „gaz cuantic”

În interiorul Sirius B, desigur, nu există oameni, ringuri de dans și cafenele. Dar principiul rămâne același: electronii umplu toate nivelurile de energie permise (cum ar fi vizitatorii - mesele într-o cafenea) și nu mai pot „lasa pe nimeni să intre” - exact conform interdicției Pauli. Drept urmare, în interiorul stelei se obține o presiune inimaginabil de mare, dar temperatura în același timp este ridicată, dar destul de obișnuită pentru stele. O astfel de substanță în fizică se numește „gaz cuantic degenerat”.

sa continuam?...

Densitatea anormal de mare a piticelor albe este departe de a fi singurul fenomen din fizică care necesită utilizarea legilor cuantice. Dacă acest subiect vă interesează, în numerele următoare ale „Luchik” putem vorbi despre alte fenomene cuantice, nu mai puțin interesante. Scrie! Deocamdată, să ne amintim principalul lucru:

1. În lumea noastră (Universul) la nivel macroscopic (adică „mare”) funcționează legile fizicii clasice. Ele descriu proprietățile lichidelor și gazelor obișnuite, mișcările stelelor și planetelor și multe altele. Aceasta este fizica pe care o studiezi (sau o vei studia) la școală.

2. Cu toate acestea, la nivel microscopic (adică incredibil de mic, de milioane de ori mai mic decât cele mai mici bacterii), funcționează legi complet diferite - legile fizicii cuantice. Aceste legi sunt descrise prin formule matematice foarte complexe și nu sunt studiate la școală. Cu toate acestea, numai fizica cuantică ne permite să explicăm relativ clar structura unor astfel de obiecte spațiale uimitoare precum piticele albe (cum ar fi Sirius B), stele neutronice, găurile negre și așa mai departe.

Nimeni în lumea asta nu înțelege ce este mecanica cuantică. Acesta este poate cel mai important lucru de știut despre ea. Desigur, mulți fizicieni au învățat să folosească legile și chiar să prezică fenomene bazate pe calculul cuantic. Dar încă nu este clar de ce observatorul experimentului determină comportamentul sistemului și îl forțează să ia una dintre cele două stări.

Iată câteva exemple de experimente cu rezultate care se vor schimba inevitabil sub influența observatorului. Ei arată că mecanica cuantică se ocupă practic de intervenția gândirii conștiente în realitatea materială.

Există multe interpretări ale mecanicii cuantice astăzi, dar interpretarea de la Copenhaga este poate cea mai cunoscută. În anii 1920, postulatele sale generale au fost formulate de Niels Bohr și Werner Heisenberg.

Baza interpretării de la Copenhaga a fost funcția de undă. Aceasta este o funcție matematică care conține informații despre toate stările posibile ale unui sistem cuantic în care acesta există simultan. Conform interpretării de la Copenhaga, starea unui sistem și poziția sa față de alte stări pot fi determinate doar prin observație (funcția de undă este folosită doar pentru a calcula matematic probabilitatea ca sistemul să se afle într-o stare sau alta).

Se poate spune că după observare, un sistem cuantic devine clasic și încetează imediat să existe în alte stări decât cea în care a fost observat. Această concluzie și-a găsit adversarii (amintiți-vă de celebrul Einstein „Dumnezeu nu joacă zaruri”), dar acuratețea calculelor și a predicțiilor avea încă a ei.

Cu toate acestea, numărul susținătorilor interpretării de la Copenhaga este în scădere, iar motivul principal pentru aceasta este prăbușirea instantanee misterioasă a funcției de undă în timpul experimentului. Celebrul experiment de gândire al lui Erwin Schrödinger cu o pisică săracă ar trebui să demonstreze absurditatea acestui fenomen. Să ne amintim detaliile.

În interiorul cutiei negre stă o pisică neagră și cu ea o fiolă cu otravă și un mecanism care poate elibera otrava la întâmplare. De exemplu, un atom radioactiv în timpul dezintegrarii poate sparge o bula. Momentul exact al dezintegrarii atomului este necunoscut. Se cunoaște doar timpul de înjumătățire, în timpul căruia se produce degradarea cu o probabilitate de 50%.

Evident, pentru un observator extern, pisica din interiorul cutiei se află în două stări: fie este vie, dacă totul a mers bine, fie moartă, dacă s-a produs degradarea și fiola s-a rupt. Ambele stări sunt descrise de funcția de undă a pisicii, care se modifică în timp.

Cu cât a trecut mai mult timp, cu atât este mai probabil ca dezintegrarea radioactivă să fi avut loc. Dar de îndată ce deschidem cutia, funcția de undă se prăbușește și vedem imediat rezultatele acestui experiment inuman.

De fapt, până când observatorul deschide cutia, pisica va echilibra la nesfârșit între viață și moarte, sau va fi și vie și moartă. Soarta lui poate fi determinată doar ca urmare a acțiunilor observatorului. Această absurditate a fost subliniată de Schrödinger.

Potrivit unui sondaj al fizicienilor celebri realizat de The New York Times, experimentul de difracție a electronilor este unul dintre cele mai uimitoare studii din istoria științei. Care este natura lui? Există o sursă care emite un fascicul de electroni pe un ecran fotosensibil. Și există un obstacol în calea acestor electroni, o placă de cupru cu două fante.

La ce imagine ne putem aștepta pe ecran dacă electronii ne sunt reprezentați de obicei ca bile mici încărcate? Două dungi opuse fantelor din placa de cupru. Dar, de fapt, pe ecran apare un model mult mai complex de dungi albe și negre alternative. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când trec prin fantă, electronii încep să se comporte nu numai ca particule, ci și ca unde (fotonii sau alte particule de lumină care pot fi o undă în același timp se comportă în același mod).

Aceste valuri interacționează în spațiu, ciocnindu-se și întărindu-se una pe cealaltă și, ca urmare, pe ecran este afișat un model complex de dungi luminoase și întunecate alternante. În același timp, rezultatul acestui experiment nu se schimbă, chiar dacă electronii trec unul câte unul - chiar și o particulă poate fi o undă și trece prin două fante în același timp. Acest postulat a fost unul dintre cele mai importante în interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice, când particulele își pot demonstra simultan proprietățile fizice „obișnuite” și proprietățile exotice ca un val.

Dar ce rămâne cu observatorul? El este cel care face această poveste confuză și mai confuză. Când fizicienii din experimente ca acesta au încercat să folosească instrumente pentru a determina prin ce fantă trece de fapt un electron, imaginea de pe ecran s-a schimbat dramatic și a devenit „clasică”: cu două secțiuni iluminate direct opuse fantelor, fără dungi alternative.

Electronii păreau reticenți să-și dezvăluie natura ondulatorie ochiului atent al privitorilor. Pare un mister învăluit în întuneric. Dar există o explicație mai simplă: observarea sistemului nu poate fi efectuată fără influența fizică asupra acestuia. Vom discuta despre asta mai târziu.

2. Fullerene încălzite

Experimentele privind difracția particulelor au fost efectuate nu numai cu electroni, ci și cu alte obiecte mult mai mari. De exemplu, s-au folosit fullerene, molecule mari și închise formate din câteva zeci de atomi de carbon. Recent, un grup de oameni de știință de la Universitatea din Viena, condus de profesorul Zeilinger, a încercat să includă un element de observație în aceste experimente. Pentru a face acest lucru, au iradiat molecule de fuleren în mișcare cu raze laser. Apoi, încălzite de o sursă externă, moleculele au început să strălucească și să reflecte inevitabil prezența lor pentru observator.

Odată cu această inovație, s-a schimbat și comportamentul moleculelor. Înainte de o astfel de observație cuprinzătoare, fulerenele au evitat un obstacol cu ​​succes (care prezintă proprietăți de undă), similar exemplului anterior cu electronii care loveau un ecran. Dar odată cu prezența unui observator, fulerenele au început să se comporte ca niște particule fizice care respectă perfect legea.

3. Măsurarea răcirii

Una dintre cele mai cunoscute legi din lumea fizicii cuantice este principiul de incertitudine Heisenberg, conform căruia este imposibil să se determine viteza și poziția unui obiect cuantic în același timp. Cu cât măsurăm mai precis impulsul unei particule, cu atât mai puțin precis putem măsura poziția acesteia. Cu toate acestea, în lumea noastră reală macroscopică, valabilitatea legilor cuantice care acționează asupra particulelor minuscule trece de obicei neobservată.

Experimentele recente ale Prof. Schwab din SUA au o contribuție foarte valoroasă în acest domeniu. Efectele cuantice în aceste experimente au fost demonstrate nu la nivelul electronilor sau al moleculelor fullerene (care au un diametru aproximativ de 1 nm), ci pe obiecte mai mari, o panglică minusculă de aluminiu. Această bandă a fost fixată pe ambele părți, astfel încât mijlocul ei să fie într-o stare suspendată și să poată vibra sub influența externă. În plus, în apropiere a fost plasat un dispozitiv capabil să înregistreze cu precizie poziția casetei. În urma experimentului au fost descoperite câteva lucruri interesante. În primul rând, orice măsurătoare legată de poziția obiectului și observarea benzii l-a afectat, după fiecare măsurătoare poziția benzii s-a schimbat.

Experimentatorii au determinat coordonatele benzii cu mare precizie și astfel, în conformitate cu principiul Heisenberg, i-au schimbat viteza și, prin urmare, poziția ulterioară. În al doilea rând, și în mod destul de neașteptat, unele măsurători au dus la o răcire a benzii. Astfel, un observator poate schimba caracteristicile fizice ale obiectelor prin simpla lor prezență.

4. Înghețarea particulelor

După cum știți, particulele radioactive instabile se descompun nu numai în experimente cu pisici, ci și pe cont propriu. Fiecare particulă are o durată medie de viață, care, după cum se dovedește, poate crește sub privirea atentă a unui observator. Acest efect cuantic a fost prezis încă din anii 60, iar dovada sa genială experimentală a apărut într-o lucrare publicată de un grup condus de laureatul Nobel pentru fizică Wolfgang Ketterle de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts.

În această lucrare, a fost studiată dezintegrarea atomilor de rubidiu excitați instabili. Imediat după pregătirea sistemului, atomii au fost excitați folosind un fascicul laser. Observarea s-a desfășurat în două moduri: continuă (sistemul a fost expus constant la mici impulsuri de lumină) și pulsat (sistemul era iradiat din când în când cu pulsuri mai puternice).

Rezultatele obţinute au fost în deplin acord cu previziunile teoretice. Efectele luminii externe încetinesc dezintegrarea particulelor, readucându-le la starea lor inițială, care este departe de starea de degradare. Amploarea acestui efect a coincis și cu previziunile. Durata maximă de viață a atomilor de rubidiu excitați instabili a crescut cu un factor de 30.

5. Mecanica cuantică și conștiința

Electronii și fulerenele încetează să-și arate proprietățile undelor, plăcile de aluminiu se răcesc, iar particulele instabile își încetinesc degradarea. Ochiul atent al privitorului schimbă literalmente lumea. De ce nu poate fi aceasta o dovadă a implicării minții noastre în lucrarea lumii? Poate că Carl Jung și Wolfgang Pauli (fizician austriac, laureat al premiului Nobel, pionier al mecanicii cuantice) au avut dreptate, până la urmă, când au spus că legile fizicii și conștiința ar trebui considerate ca fiind complementare unele cu altele?

Suntem la un pas de a recunoaște că lumea din jurul nostru este pur și simplu un produs iluzoriu al minții noastre. Ideea este înfricoșătoare și tentantă. Să încercăm să apelăm din nou la fizicieni. Mai ales în ultimii ani, când din ce în ce mai puțini oameni cred că interpretarea de la Copenhaga a mecanicii cuantice cu funcția sa de undă misterioasă se prăbușește, îndreptându-se către o decoerență mai banală și mai de încredere.

Cert este că în toate aceste experimente cu observații, experimentatorii au influențat inevitabil sistemul. L-au aprins cu un laser și au instalat instrumente de măsură. Au fost uniți de un principiu important: nu puteți observa un sistem sau nu puteți măsura proprietățile sale fără a interacționa cu el. Orice interacțiune este un proces de modificare a proprietăților. Mai ales când un sistem cuantic minuscul este expus la obiecte cuantice colosale. Un observator budist veșnic neutru este imposibil în principiu. Și aici intră în joc termenul „decoerență”, care este ireversibil din punctul de vedere al termodinamicii: proprietățile cuantice ale unui sistem se modifică atunci când interacționează cu un alt sistem mare.

În timpul acestei interacțiuni, sistemul cuantic își pierde proprietățile inițiale și devine clasic, ca și cum ar fi „supus” unui sistem mare. Așa se explică și paradoxul pisicii lui Schrödinger: pisica este un sistem prea mare, așa că nu poate fi izolată de restul lumii. Însuși designul acestui experiment de gândire nu este în întregime corect.

În orice caz, dacă ne asumăm realitatea actului de creație de către conștiință, decoerența pare a fi o abordare mult mai convenabilă. Poate chiar prea convenabil. Cu această abordare, întreaga lume clasică devine o mare consecință a decoerenței. Și așa cum a afirmat autorul uneia dintre cele mai cunoscute cărți din domeniu, o astfel de abordare duce în mod logic la afirmații precum „nu există particule în lume” sau „nu există timp la un nivel fundamental”.

Care este adevărul: în creator-observator sau decoerență puternică? Trebuie să alegem între două rele. Cu toate acestea, oamenii de știință sunt din ce în ce mai convinși că efectele cuantice sunt o manifestare a proceselor noastre mentale. Și unde se termină observația și unde începe realitatea depinde de fiecare dintre noi.