Сім основних уроків з фізики. Карло Ровеллі
Читать онлайн книгу.
єдиного розуму, а саме Альбертом Ейнштейном, це просте і послідовне бачення гравітації, простору і часу. Квантова механіка, або квантова теорія, отримала незрівнянні експериментальні результати, і її застосування кардинально змінило наше повсякденне життя (комп’ютер, на якому я набираю текст, – цьому приклад), але навіть через століття після народження вона залишається незрозумілою і таємничою.
Квантова механіка виникла у 1900 році і проголосила століття напружених інтелектуальних зусиль. Німецький фізик Макс Планк обчислив електричне поле, врівноважене в нагрітій ємності. Щоб зробити це, він вдався до трюку: уявив, що енергія поля поширюється в «квантах», що означає «в пакунках» чи «грудочках» енергії. Результат абсолютно відповідав меті обчислення (і тому в цій моделі мусить бути правильним), але суперечив усьому, що було відомо на той час. Вважалося, що енергія – це величина, яка змінюється неперервно, і не було причин розглядати її як таку, що складається з маленьких дискретних порцій. Для самого Планка розбиття енергії на порції було просто дотепним способом обчислень, і він сам цілком не розумів причин результативності цього методу. І саме Ейнштейн п’ять років по тому дійшов висновку, що ці порції енергії реальні.
Ейнштейн показав, що світло складається з частинок. Сьогодні ми називаємо їх фотонами. У вступі до своєї статті він писав: «Мені здається, що дослідження, пов’язані з випромінюванням абсолютно чорного тіла, флуоресценцією, утворенням катодних променів під дією ультрафіолетового світла, та з іншими, спорідненими з цим феноменами, що стосуються емісії або трансформації світла, були б успішнішими, якби дослідник припускав, що світлова енергія переривчасто розподіляється в просторі. Згідно з припущенням, що розглядається, енергія світлового променя, що поширюється від точечного джерела, не розподілена неперервно в просторі, а складається зі скінченної кількості енергетичних квантів, що локалізовані в певних точках простору і рухаються не подрібнюючись та можуть утворюватися або поглинатися лише цілком окремими одиницями».
Ці прості і ясні рядки є справжнім свідоцтвом про народження квантової теорії. Зверніть увагу на дивовижний початок: «мені здається…», що нагадує «я думаю…», яким Дарвін у своєму записнику починав формулювання великої ідеї еволюції видів, і «сумніви», висловлені Фарадеєм, коли він ознайомлював світ з революційною ідеєю магнітних полів. Геній сумнівається.
Робота Ейнштейна від початку сприймалася колегами як абсурд. Згодом ця сама робота буде нагороджена Нобелівською премією. Якщо Планк є батьком квантової теорії, то Ейнштейн – той, хто її виплекав.
Але, як усі нащадки, теорія з часом пішла своєю дорогою, незнаною самим Ейнштейном. У 1920―1930-х роках її почав розвивати данець Нільс Бор. Саме він зрозумів, що енергія електронів в атомах може набувати лише певних значень, подібно до енергії світла, і ключовим є те, що електрони можуть тільки перестрибувати з однієї атомної орбіти на іншу з певними енергіями, під час