Осознать квантовую теорию сложно всем и всегда. Визуализировать такие объекты, как электрон или фотон, нереально: они ведут себя то как частица, то как волна, а иногда как ни то ни другое. Эйнштейна этот вопрос беспокоил до конца жизни. В 1951 году он писал: «Все 50 лет труда не приблизили меня к ответу на вопрос: что же такое световые кванты?»
Публикуем интересные факты из книги «Квантовая Вселенная».
Атомы обширны и пусты
Изнутри атом представляет собой нечто странное. Если, например, вы встанете на протон и посмотрите оттуда во внутриатомное пространство, то увидите лишь пустоту. Электроны будут слишком малы, чтобы их разглядеть, даже если окажутся на расстоянии вытянутой руки. Протон в диаметре равен примерно 10–15 м, то есть 0,000000000000001 метра, но по сравнению с электроном он просто квантовый колосс. Если вы стоите «на протоне» у побережья Англии, то расплывчатые пределы атома расположатся где-то на фермах северной Франции.
Половинка электрона
То, что мы не проваливаемся сквозь землю, само по себе несколько удивительно. Объяснять это тем, что земля твердая, не особенно эффективно, во многом благодаря открытию Резерфорда, что атомы — это почти полностью пустое пространство. Ситуация удивляет еще больше, потому что, насколько мы знаем, фундаментальные частицы природы размером не обладают вовсе. Из-за того, что точечные частицы не имеют размера, вопрос «Что случится, если я расщеплю электрон надвое?» не имеет никакого смысла — половинки электрона не бывает.
Модель атома
Во-первых, атом по сути представляет собой пустоту: электроны находится на огромном расстоянии от ядра и настолько меньше его, насколько песчинка меньше Эвереста. Во-вторых, электроны больше похожи на энергетические сферы вокруг ядра, в каждой точке которых существует лишь вероятность нахождения электрона. Более подходящий наглядный пример атома: гигантский мыльный пузырь, в центре которого мизерная пылинка.
Этот мыльный пузырь и есть орбита электрона. Она может меняться, когда электрон получает или теряет энергию. Переход электрона на более низкую орбиту происходит с выделением фотона — а эти фотоны и являются «родоначальниками» всех цветов радуги. Наши глаза превращают этот свет в электрические импульсы, за которые уже «берется» мозг, интерпретируя их.
Кипящая пустота
То, что мы называем вакуумом и представляем как пустоту, на самом деле является кипящей субстанцией квантовых частиц. Для примера, если посчитать скрытую энергию одного кубометра вакуума, то окажется, что такое же количество энергии Солнце сможет выработать аж за 10 столетий. А почти неуловимые нейтрино из сердцевины нашей звезды ежесекундно проходят через каждый квадратный сантиметр земной поверхности в количестве нескольких миллиардов.
Три частицы
Мы состоим из сочетания всего трех частиц — верхнего и нижнего кварков (составляющих протон) и электрона. Если добавить к этому списку нейтрино — получится любое живое существо, любая планета и любая звезда в каждой из миллиардов галактик в наблюдаемой Вселенной. Эти четыре частицы образуют так называемое первое поколение материи — вместе с четырьмя фундаментальными природными взаимодействиями это все, что, судя по всему, нужно для создания Вселенной.
Солнце
Солнце — это газообразное море протонов, нейтронов, электронов и фотонов объемом в миллион земных шаров. Это море коллапсирует под собственной силой тяжести. Сжатие невероятной силы разогревает солнечное ядро до 15000000 градусов, и при такой температуре протоны начинают сливаться, формируя ядра гелия. При этом высвобождается энергия, которая увеличивает давление на внешние уровни звезды, уравновешивая внутреннюю силу тяжести.
По материалам книги «Квантовая Вселенная».
Картинки: источник.
