Что такое кванты. Что такое квант и почему его так любят

Это либо свидетельство обширных успехов науки, либо символ ограниченности человеческой интуиции, которая вынуждена бороться со странностью субатомной сферы.

Для физика квантовая механика - одна из трех великих опор, на которых основано понимание природы (наряду с общей и специальной теориями относительности Эйнштейна). Для тех, кто всегда хотел хоть что-нибудь понять в фундаментальной модели устройства мира, объясняют ученые Брайан Кокс и Джефф Форшоу в своей книге «Квантовая вселенная ». Публикуем небольшой отрывок о сути кванта и истоках теории.

Теории Эйнштейна имеют дело с природой пространства и времени и силой притяжения. Квантовая механика занимается всем остальным, и можно сказать, что, как бы она ни взывала к чувствам, сбивала столку или завораживала, это всего лишь физическая теория, описывающая то, как природа ведет себя в действительности.

Но даже если мерить ее по этому весьма прагматичному критерию, она поражает своей точностью и объяснительной силой. Есть один эксперимент из области квантовой электродинамики, старейшей и лучше всего осмысленной из современных квантовых теорий.

В нем измеряется, как электрон ведет себя вблизи магнита. Физики-теоретики много лет упорно работали с ручкой и бумагой, а позже с компьютерами, чтобы предсказать, что именно покажут такие исследования. Практики придумывали и ставили эксперименты, чтобы выведать побольше подробностей у природы.

Оба лагеря независимо друг от друга выдавали результаты с точностью, подобной измерению расстояния между Манчестером и Нью-Йорком с погрешностью в несколько сантиметров. Примечательно, что цифры, получавшиеся у экспериментаторов, полностью соответствовали результатам вычислений теоретиков; измерения и вычисления полностью согласовывались.

Квантовая теория - возможно, наилучший пример, как бесконечно сложное для понимания большинства людей становится крайне полезным. Она сложна для понимания, поскольку описывает мир, в котором частица может реально находиться в нескольких местах одновременно и перемещается из одного места в другое, исследуя тем самым всю Вселенную. Она полезна, потому что понимание поведения малейших кирпичиков мироздания укрепляет понимание всего остального.

Она кладет предел нашему высокомерию, потому что мир намного сложнее и разнообразнее, чем казалось. Несмотря на всю эту сложность, мы обнаружили, что все состоит из множества мельчайших частиц, которые двигаются в соответствии с законами квантовой теории. Законы эти настолько просты, что их можно записать на обратной стороне конверта. А то, что для объяснения глубинной природы вещей не требуется целая библиотека, уже само по себе одна из величайших тайн мира.

Представьте мир вокруг нас. Скажем, вы держите в руках книгу, сделанную из бумаги - перемолотой древесной массы. Деревья - это машины, способные получать атомы и молекулы, расщеплять их и реорганизовывать в колонии, состоящие из миллиардов отдельных частей. Они делают это благодаря молекуле, известной под названием и состоящей из ста с лишним атомов углерода, водорода и кислорода, которые имеют изогнутую особым образом форму и скреплены еще с некоторым количеством атомов магния и водорода.

Такое соединение частиц способно улавливать свет, пролетевший 150 000 000 км от нашей звезды - ядерного очага объемом в миллион таких планет, как Земля, - и переправлять эту энергию вглубь клеток, где с ее помощью создаются новые молекулы из двуокиси углерода и воды и выделяется дающий нам жизнь кислород.

Именно эти молекулярные цепи формируют суперструктуру, объединяющую и деревья, и бумагу в этой книге, и все живое. Вы способны читать книгу и понимать слова, потому что у вас есть глаза и они могут превращать рассеянный свет от страниц в электрические импульсы, интерпретируемые мозгом - самой сложной структурой Вселенной, о которой мы вообще знаем.

Мы обнаружили, что все вещи в мире - не более чем скопища атомов, а широчайшее многообразие атомов состоит всего из трех частиц - электронов, протонов и нейтронов.

Мы знаем также, что сами протоны и нейтроны состоят из более мелких сущностей, именуемых кварками , и на них уже все заканчивается - по крайней мере, так мы думаем сейчас. Основанием для всего этого служит квантовая теория.

Таким образом, картину Вселенной, в которой обитаем мы, современная физика рисует с исключительной простотой ; элегантные явления происходят где-то там, где их нельзя увидеть, порождая разнообразие макромира. Возможно, это самое выдающееся достижение современной науки - сведение невероятной сложности мира, включая и самих людей, к описанию поведения горстки мельчайших субатомных частиц и четырех сил, действующих между ними.

Лучшие описания трех из четырех этих сил - сильного и слабого ядерных взаимодействий, существующих внутри атомного ядра, и электромагнитного взаимодействия, которое склеивает атомы и молекулы, - предоставляет квантовая теория. Лишь сила тяжести - самая слабая, но, возможно, самая знакомая нам сила из всех - в настоящий момент не имеет удовлетворительного квантового описания.

Стоит признать, что квантовая теория имеет несколько странную репутацию, и ее именем прикрывается множество настоящей ахинеи. Коты могут быть одновременно живыми и мертвыми; частицы находятся в двух местах одновременно; Гейзенберг утверждает, что все неопределенно.

Все это действительно верно, но выводы, которые часто из этого следуют - раз в микромире происходит нечто странное, то мы окутаны дымкой тумана, - точно неверны. Экстрасенсорное восприятие, мистические исцеления, вибрирующие браслеты, которые защищают от радиации, и черт знает что еще регулярно прокрадывается в пантеон возможного под личиной слова « ».

Эту чепуху порождают неумение ясно мыслить, самообман, подлинное или притворное недопонимание либо какая-то особенно неудачная комбинация всего вышеперечисленного.

Квантовая теория точно описывает мир с помощью математических законов, на столько же конкретных, как и те, что использовали Ньютон или Галилей. Вот почему мы можем с невероятной точностью рассчитать магнитное поле электрона.

Квантовая теория предлагает такое описание природы, которое, как мы узнаем, имеет огромную предсказательную и объяснительную силу и распространяется на множество явлений - от кремниевых микросхем до звезд.

Как часто бывает, появление квантовой теории спровоцировали открытия природных явлений, которые нельзя было описать научными парадигмами того времени. Для квантовой теории таких открытий было много, притом разнообразного характера. Ряд необъяснимых результатов порождал ажиотаж и смятение и в итоге вызвал период экспериментальных и теоретических инноваций, который действительно заслуживает расхожего определения «золотой век ».

Имена главных героев навсегда укоренились в сознании любого студента-физика и чаще других упоминаются в университетских курсах и посей день: Резерфорд, Бор, Планк, Эйнштейн, Паули, Гейзенберг, Шредингер, Дирак. Возможно, в истории больше не случится периода, когда столько имен будут ассоциироваться с величием науки при движении к единой цели - созданию новой теории атомов и сил, управляющих физическим миром.

В 1924 году, оглядываясь на предшествующие десятилетия квантовой теории, Эрнест Резерфорд, физик новозеландского происхождения, открывший атомное ядро, писал:

«1896 год… ознаменовал начало того, что было довольно точно названо героическим веком физической науки. Никогда до этого в истории физики не наблюдалось такого периода лихорадочной активности, в течение которого одни фундаментально значимые открытия с бешеной скоростью сменяли другие. ».

Термин «квант» появился в физике в 1900 году благодаря работам Макса Планка. Он пытался теоретически описать излучение, испускаемое нагретыми телами, - так называемое «излучение абсолютно черного тела». Кстати, ученого наняла для этой цели компания, занимавшаяся электрическим освещением: так двери Вселенной порой открываются по самым прозаическим причинам.

Планк выяснил, что свойства излучения абсолютно черного тела можно объяснить, только если предположить, что свет испускается небольшими порциями энергии, которые он и назвал квантами. Само это слово означает «пакеты», или «дискретные». Изначально он считал, что это лишь математическая уловка, но вышедшая в 1905 году работа Альберта Эйнштейна о фотоэлектрическом эффекте поддержала квантовую гипотезу. Результаты были убедительными, потому что небольшие порции энергии могли быть синонимичны частицам.

Идея того, что свет состоит из потока маленьких пулек, имеет долгую и славную историю, начавшуюся с Исаака Ньютона и рождения современной физики. Однако в 1864 году шотландский физик Джеймс Кларк Максвелл, казалось, окончательно рассеял все существовавшие сомнения в ряде работ, которые Альберт Эйнштейн позднее охарактеризовал как «самые глубокие и плодотворные из всех, что знала физика со времен Ньютона».

Максвелл показал, что свет - это , распространяющаяся в , так что идея света как волны имела безукоризненное и, казалось бы, неоспоримое происхождение. Однако в серии экспериментов, которые Артур Комптон и его коллеги провели в Университете Вашингтона в Сент-Луисе, им удалось отделить световые кванты от электронов .

Те и другие вели себя скорее как бильярдные шары, что явно подтвердило: теоретические предположения Планка имели прочное основание в реальном мире. В 1926 году световые кванты получили название . Свидетельство было неопровержимым: свет ведет себя одновременно как волна и как частица. Это означало конец классической физики - и завершение периода становления квантовой теории .

Материалы по теме:

Раскройте свою истинную сущность и полностью доверяйте своей интуиции!

Раскройте свою истинную сущность и полностью доверяйте своей интуиции! Все Работники Света и те, кто стремится достичь Вознесения, должны следовать голосу своей интуиции. Следует знать, ...

Перестаньте искать себя и начните притворяться. Китайские философы научат вас хорошей жизни!

УЧИТЕ СВОИХ ДЕТЕЙ

УЧИТЕ СВОИХ ДЕТЕЙ Учите своих детей, что для того, чтобы быть счастливыми В жизни не надо иметь ничего дополнительно: Ни человека, ни места, ни какой-то вещи, Что настоящее...

Психотронное оружие и повсеместное облучение

Психотронное оружие и повсеместное облучение Наведение голосов в голове техническими методами стало широко известно еще с 1974 г., когда фирма Sharp запатентотовала устройство для передачи...

5G – умный рай или неконтролируемая опасность для человечества?

5G – умный рай или неконтролируемая опасность для человечества? Холодильник выбирает в интернет-магазине ингредиенты для запланированного ужина; чайник при приближении хозяина сам включается, а кондиционер...

Что такое Квант? Значение слова «Квант» в популярных словарях и энциклопедиях, примеры употребления термина в повседневной жизни.

Квант Действия –

то же, что Планка постоянная.

Квант М. – Толковый словарь Ефремовой

1. Наименьшее возможное количество энергии, которое может быть поглощено или отдано молекулярной, атомной или ядерной системой в отдельном акте изменения ее состояния.

Квант Предметного Действия – Психологический словарь

(англ. quantum of object action) - часть действия, имеющая структуру целостного действия, но отличающаяся своей динамикой. Напр., динамический паттерн медленного равномерного движения, которое выглядит как плавное и непрерывное и таким же представляется исполняющему его субъекту, состоит из ряда волн увеличения и падения скорости, следующих друг за другом от нач. до окончания всего двигательного акта. Последний представляет собой результат усреднения ряда таких волн (квантов), а его динамика также имеет форму волны, но с др. (меньшими) значениями скоростей разгона, стабилизации и торможения. Квантовая природа характерна не только для скоростных параметров движения, но и для его чувствительности к изменениям ситуации и состояний двигательного аппарата. В отличие от единицы анализа психики, являющейся только качественной категорией и определяющейся во многом в зависимости от субъективного контекста аналитической процедуры (хотя она и опирается на объективные данные), К. п. д. имеет как качественные, так и количественные свойства, присущие действию субъекта и скорее обнаруживаемые, чем конструируемые, в результате анализа. Качественные свойства кванта определяются содержанием того параметра (или элемента) действия, к которому он относится: при чтении квантом м. б. фиксационная пауза или даже отдельный дрейф глаза во время фиксации; при выполнении движения - скоростная волна и т. п. (квантовая природа др. предметных действий пока не исследована). Количественными мерами кванта являются время (длительность), амплитуда (для действий, имеющих внешнее выражение в моторике) и производные показатели (скорость, ускорение и т. п.). Длительность кванта существенно зависит от содержания действия, характера и степени его освоения субъектом, способов реализации. Т. о., в кванте отражается вся структура и динамика действия как целостной единицы. Для исследования К. п. д. применяются методы прерывания обратной связи, измерения психологической рефрактерности (Н. Д. Гордеева, В. П. Зинченко), фиксационного оптокинетического нистагма (Ю. Б. Гиппенрейтер, В. Я. Романов). (А. И. Назаров.)

Квант Предметного Действия – Психологическая энциклопедия

(англ. quantum of object action) - часть действия, имеющая структуру целостного действия, но отличающаяся своей динамикой. Напр., динамический паттерн медленного равномерного движения, которое выглядит как плавное и непрерывное и таким же представляется исполняющему его субъекту , состоит из ряда волн увеличения и падения скорости, следующих друг за другом от нач. до окончания всего двигательного акта. Последний представляет собой результат усреднения ряда таких волн (квантов), а его динамика также имеет форму волны, но с др. (меньшими) значениями скоростей разгона, стабилизации и торможения. Квантовая природа характерна не только для скоростных параметров движения, но и для его чувствительности к изменениям ситуации и состояний двигательного аппарата. В отличие от единицы анализа психики, являющейся только качественной категорией и определяющейся во многом в зависимости от субъективного контекста аналитической процедуры (хотя она и опирается на объективные данные), К. п. д. имеет как качественные, так и количественные свойства, присущие действию субъекта и скорее обнаруживаемые, чем конструируемые, в результате анализа. Качественные свойства кванта определяются содержанием того параметра (или элемента) действия, к которому он относится: при чтении квантом м. б. фиксационная пауза или даже отдельный дрейф глаза во время фиксации; при выполнении движения - скоростная волна и т. п. (квантовая природа др. предметных действий пока не исследована). Количественными мерами кванта являются время (длительность), амплитуда (для действий, имеющих внешнее выражение в моторике) и производные показатели (скорость, ускорение и т. п.). Длительность кванта существенно зависит от содержания действия, характера и степени его освоения субъектом, способов реализации. Т. о., в кванте отражается вся структура и динамика действия как целостной единицы. Для исследования К. п. д. применяются методы прерывания обратной связи, измерения психологической рефрактерности (Н. Д. Гордеева, В. П. Зинченко), фиксационного оптокинетического нистагма (Ю. Б. Гиппенрейтер, В. Я. Романов). (А. И. Назаров.)

Квант Света – Большой Энциклопедический Словарь

фотон оптического излучения.

Квантиль – Бизнес словарь

Квантиль – Социологический словарь

Показатель (мера) позиции внутри распределения.

Квантиль – Социологический словарь

Одна из характеристик распределения вероятностей (см.). Лит.: / /Математическая энциклопедия. Т. 2. М. 1979. Ю.Н. Толстова.

Квантиль – Экономический словарь

численная характеристика, применяемая в математической статистике.

Квантиль Распределения – Социологический словарь

х-альфа, где 0 совокупность или выборку в пропорции q: 1 - q. Применяется в статистическом выводе, а также при построении процентильной группировки. О.В. Терещенко

Квантильный Ранг – Социологический словарь

Показатель (мера) дисперсии для порядковых переменных.

Квантитативное Стихосложение – Большой Энциклопедический Словарь

см. Стихосложение.

Квантитативный – Толковый словарь Ожегова

См. количественный

Квантитативный (количественный) Анализ Текста – Социологический словарь

Изучение текста в формализованном виде. Процесс изучения сводится к статистическому измерению содержания текстов/документов. К.А.Т. нацелен на исследование манифестируемого (актуализированного) значения содержания. Неотъемлемыми характеристиками такого подхода являются фрагментарность, систематичность, объективность, обобщенность. Важнейшим вариантом реализации К.А.Т. выступает методика контент-анализа. И.Ф. Ухванова-Шмыгова

Квантитативный Прил. – Толковый словарь Ефремовой

1. Количественный.

Квантификация – Социологический словарь

(от лат. quantum - сколько и facere - делать) - англ. quantification; нем. Quantifizierung. 1. Количественная оценка ч.-л. 2. Процедуры измерения и количественного выражения свойств и отношений соц. объектов. См. ИЗМЕРЕНИЕ.

Квантификация – Бизнес словарь

Квантификация – Большой Энциклопедический Словарь

(от лат. quantum - сколько и...фикация) - количественноевыражение, измерение качественных признаков (напр., оценка в баллахмастерства спортсменов).

Квантификация – Социологический словарь

Перевод на уровень количественного измерения.

Квантификация – Социологический словарь

(quantification) - преобразование наблюдений в цифровые данные для анализа и сравнения.

Квантификация – Экономический словарь

Количественные измерения фактов хозяйственной жизни, их запись и контроль выполнения в целях наиболее эффективного управления предприятием.

Квантификация – Экономический словарь

(от лат. quantum - сколько) - измерение качества в количественных, числовых величинах, например в баллах.

Квантификация – Экономический словарь

измерение качественных признаков в количественном выражении.

Квантификация – Экономический словарь

измерение качества в количественных, числовых величинах, например в баллах.

Квантификация – Юридический словарь

(от лат. quantum - сколько) - измерение качества в количественных, числовых величинах , например в баллах.

Квантификация Предиката – Философский словарь

(лат. quantum - сколько, англ. quantity - количество) - установление объема предиката суждения. В традиционной формальной логике суждения делятся на виды в зависимости от объема субъекта; при этом различаются два вида суждении: общие (напр., “Все квадраты - четырехугольники”) и частные (напр., “Нек-рые студенты - спортсмены”). Гамильтон предложил учитывать также объем предиката. Т. обр., кроме двух видов утвердительных суждений, в к-рых предикат взят не во всем объеме и к-рые Гамильтон называет обще-частным и частно-частным, выделяются еще два вида: обще-общее (напр., “Все равносторонние треугольники суть равноугольные треугольники”) и частно-общее (напр., “Нек-рые деревья-дубы”), в к-рых предикат берется во всем объеме. Такая К. п. позволила рассматривать суждение как уравнение. Операции К. п. в математической логике в нек-рой степени соответствует операция связывания кванторами переменных предикатов.

Квантифицирование, Квантификация – Философский словарь

(от лат. quantitas - количество и facere - делать) - сведение качеств к количествам, напр. звуков и цветов - к числу колебаний. Квалификация, введенная в физику Декартом, неизменно играла определенную роль в психологии, т. к. со всякой квантификацией было связано рационализирование конкретно наглядной полноты душевного, лишение ее пространственной определенности. Возникающие благодаря этому некачественные понятия не были адекватным выражением сущности психического. Математика, применяемая для квантификации, сама больше не является чисто квантифицирующей наукой. О квантификаторах см. Логистика.

Квантование Вторичное – Большой Энциклопедический Словарь

метод исследования квантовых систем многих илибесконечного числа частиц (либо квазичастиц); особенно важен в квантовойтеории поля, рассматривающей системы с изменяющимся числом частиц. Вметоде квантования вторичного состояние системы описывается с помощьючисел заполнения. Изменение состояния интерпретируется как процессырождения и уничтожения частиц.

Квантование Магнитного Потока – Большой Энциклопедический Словарь

макроскопическое квантовое явление,состоящее в том, что магнитный поток через кольцо из сверхпроводника стоком кратен величине Фо = h/2е? 2,067835.10-15 Вб, которая называетсяквантом магнитного потока (h - Планка постоянная, е - заряд электрона).

Квантование Сигнала – Большой Энциклопедический Словарь

преобразование сигнала в последовательностьимпульсов (квантование сигнала по времени) или в сигнал со ступенчатымизменением амплитуды (квантование сигнала по уровню), а также одновременнои по времени, и по уровню. Применяется, напр., при преобразованиинепрерывной величины в код в вычислительных устройствах, цифровыхизмерительных приборах и др.

Квантовая Гипотеза – Психологический словарь

Гипотеза о том, что постепенное увеличение физической переменной приводит к дискретному усилению (квантовому) ощущений. Эта гипотеза была распространена и на неврологический уровень, где она называется, как и следовало ожидать, неврологической квантовой гипотезой.

Квантовая Гипотеза – Психологическая энциклопедия

Гипотеза о том, что постепенное увеличение физической переменной приводит к дискретному усилению (квантовому) ощущений. Эта гипотеза была распространена и на неврологический уровень , где она называется, как и следовало ожидать, неврологической квантовой гипотезой.

Квантовая Жидкость – Большой Энциклопедический Словарь

обычный жидкий гелий при низких температурах. в отличие от прочных тел остается жидкостью вплоть досамых близких к абсолютному нулю температур. Свойствами квантовой жидкостиобладают и другие объекты: электроны в металлах, протоны в атомных ядрах,экситоны (см. Бозе-жидкость и Ферми-жидкость).

Квантовая Механика – Большой Энциклопедический Словарь

(волновая механика) - теория, устанавливающая способописания и законы движения микрочастиц в заданных внешних полях; один изосновных разделов квантовой теории. впервые позволилаописать структуру атомов и понять их спектры, установить природухимической связи, объяснить периодическую систему элементов и т. д. Т. к.свойства макроскопических тел определяются движением и взаимодействиемобразующих их частиц, законы квантовой механики лежат в основе пониманиябольшинства макроскопических явлений. Так, квантовая механика позволилапонять многие свойства твердых тел, объяснить явления сверхпроводимости,ферромагнетизма, сверхтекучести и многое др.; квантовомеханические законылежат в основе ядерной энергетики, квантовой электроники и т. д. В отличиеот классической теории, все частицы выступают в квантовой механике какносители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, адополняют друг друга. Волновая природа электронов, протонов и других""частиц"" подтверждена опытами по дифракции частиц. Корпускулярно-волновойдуализм материи потребовал нового подхода к описанию состояния физическихсистем и их изменения со временем. Состояние квантовой системы описываетсяволновой функцией, квадрат модуля которой определяет вероятность данногосостояния и, следовательно, вероятности для значений физических величин,его характеризующих; из квантовой механики вытекает, что не все физическиевеличины могут одновременно иметь точные значения (см. Неопределенностипринцип). Волновая функция подчиняется суперпозиции принципу, что иобъясняет, в частности, дифракцию частиц. Отличительная черта квантовойтеории - дискретность возможных значений для ряда физических величин:энергии электронов в атомах, момента количества движения и его проекции напроизвольное направление и т. д.; в классической теории все эти величинымогут изменяться лишь непрерывно. Фундаментальную роль в квантовоймеханике играет Планка постоянная. - один из основных масштабов природы,разграничивающий области явлений, которые можно описывать классическойфизикой (в этих случаях можно считать??0), от областей, для правильногоистолкования которых необходима квантовая теория. Нерелятивистская(относящаяся к малым скоростям движения частиц по сравнению со скоростьюсвета) квантовая механика - законченная, логически непротиворечиваятеория, полностью согласующаяся с опытом для того круга явлений ипроцессов, в которых не происходит рождения, уничтожения иливзаимопревращения частиц.

Квантовая Механика – Философский словарь

Раздел современной физики, изучающий законы движения объектов микромира. Возникновение К. м., ее развитие и интерпретация связаны с именами Планка (открытие кванта действия), Бройля (идея о “волнах материи”). Бора (атомная модель, принцип соответствия, дополнительный способ описания, или принцип дополнительности), Гейзенберга (соотношение неопределенностей), Шредингера (волновое уравнение), Борна (статистическая интерпретация), П. Дирака (релятивистское уравнение). В научную разработку и истолкование физических и философских проблем К. м. существенный вклад внесли советские ученые Вавилов, В. А. Фок, И. Е. Тамм, Л. Д. Ландау, Д. И. Блохинцев и др. Специфические особенности К. м. как физической теории (корпускулярно-волновой дуализм, соотношение неопределенностей и др.) и связанных с ней методологических идей (соответствия принцип, дополнительности принцип и др.) обусловлены открытием “конечности взаимодействия”, означающей, что любые взаимодействия между объектами в микромире (в т. ч. между прибором и микрочастицей) не могут быть меньше значения кванта действия (h=6,62-10-27 эрг/сек.). При характеристике состояния квантовых объектов (микрочастиц) неправомерно пользоваться понятием механической причинности, предполагающим точное одновременное знание начальных условий (импульсов и координат). Это состояние характеризуется статистической, вероятностной формой причинной зависимости, выраженной в понятии волновой функции, к-рое потенциально, как бы в “снятом виде”, содержит взаимоисключающие и взаимодополняющие определения свойств микрообъектов, реализующихся в зависимости от конкретных экспериментальных условий. Включение в сферу познания квантовых явлений, необычных с т. зр. привычного, макроскопического опыта, возрастание значения измерительных процедур, экспериментальной техники, логико-математического аппарата неизбежно повлекли за собой усложнение роли субъекта, увеличение зависимости от его технической и методологической вооруженности особенностей вычленения (и в этом смысле “приготовления”), исследования того или иного объекта, фрагмента действительности. Это важно учитывать при анализе понятия “квантовый объект”. К. м. сделала более очевидным тот факт, что без активного вмешательства в систему взаимодействующих объектов исследователь не может адекватно познавать их. Хотя и в новых условиях сохраняется принципиальная основа взаимодействия человека и внешнего мира - первичность объекта и вторичность субъекта, но при этом происходит более тесное их связывание. Вокруг этих философских проблем К. м. развернулась острая полемика. Они стали, особенно в начальный период развития К. м., предметом различного рода антинаучных, в т. ч. позитивистских, спекуляций, в известной степени связанных с высказываниями нек-рых сторонников т. наз. копенгагенской интерпретации К. м. Ошибочное истолкование специфики микромира исключительно как следствия особенностей процесса познания и измерения приводило к преувеличению роли “наблюдателя”, к утверждениям о “неконтролируемом возмущении”, “крахе причинности”, “свободе воли” электрона и т. п. Отказ от подобных утверждений, эволюция взглядов ряда создателей К. м., как и в целом ситуация в совр. физике, свидетельствуют о том, что “материалистический основной дух физики” (Ленин) побеждает. В настоящее время К. м. не только позволила научно объяснить обширный круг явлений в области физики, химии, биологии, но и приобрела, наряду с фундаментальным, также и прикладное, инженерное значение. Это еще раз подтверждает безграничные возможности человеческого разума, вооруженного передовой методологией, в познании тайн микромира.

Квантовая Механика – Философский словарь

Теория, устанавливающая способ описания и законы движения микрочастиц; один из осн. разделов квантовой теории. Впервые позволила описать структуру атомов, понять их спектры, установить природу химической связи, объяснить периодическую систему элементов. В отличие от классической теории в квантовой механике все частицы выступают как носители и корпускулярных, и волновых свойств, которые не исключают, а дополняют друг друга. См. также Волновая механика.

Квант (от лат. quantum - «сколько») - неделимая порция какой-либо величины в физике; общее название определенных порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения - и последнее называют квантом. Например, энергия монохроматического электромагнитного излучения угловой частоты
{\displaystyle \omega }
Может принимать значения
{\displaystyle (N+1/2)\hbar \omega }
{\displaystyle \hbar }
Редуцированная постоянная Планка, а
{\displaystyle N}
Целое число. В этом случае
{\displaystyle \hbar \omega }
Имеет смысл энергии кванта излучения (иными словами, фотона), а
{\displaystyle N}
Смысл числа́ этих квантов (фотонов). В смысле, близком к этому, термин квант был впервые введен Максом Планком в его классической работе 1900 года - первой работе по квантовой теории, заложившей её основу. Вокруг идеи квантования с начала 1900-х годов развилась полностью новая физическая концепция, обычно называемая квантовой физикой.
Ныне прилагательное «квантовый» используется в названии ряда областей физики (квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая оптика и т. д.). Широко применяется термин квантование, означающий построение квантовой теории некоторой системы или переход от её классического описания к квантовому. Тот же термин употребляется для обозначения ситуации, в которой физическая величина может принимать только дискретные значения - например, говорят, что энергия электрона в атоме «квантуется».
Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение. Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соответствующих бозонным полям взаимодействия (фотон - квант электромагнитного поля, фонон - квант поля звуковых волн в кристалле, гравитон - гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о «квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.
Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка. В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).

Данная статья рассказывает о том, что «квант» - это понятие физики элементарных частиц. Здесь дается определение этой величины, показывается ее важность и приводится краткая история ее открытия.

Математика и физика

Две самые страшные школьные дисциплины для учеников с гуманитарным складом ума однажды объединились, чтобы породить новый этап в изучении окружающего мира. Началось все с того, что Макс Планк, выводя формулу распределения излучения абсолютно черного тела, ввел понятие «квант». Значение слова буквально такое: наименьшая порция чего-либо, например, энергии, поля, момента инерции.

Причем применимо это понятие к микромиру: может быть квант света и гравитационного поля, но не может быть кванта массы или дождя. Чтобы читателю было яснее, приведем пример. Если бы все возможные состояния электрона были целой коровой, то квант - это наименьшая порция мяса, с помощью которой можно насытиться, то есть один стейк. Кстати, в известном фильме о Джеймсе Бонде под квантом милосердия наверняка подразумевается то, что даже у самого черствого человека есть хоть немного сострадания в душе.

Борьба за квантовую физику

Поначалу Макс Планк действовал в рамках прежних представлений о физике. Он ввел в уравнение квант, значение которого в его глазах заключалось только в удобстве математического выражения. Таким образом, получается, что он открыл это понятие почти случайно, не стремясь совершить прорыв.

Вообще, он был добросовестным исследователем, усердно трудился над каждой темой и доводил дело до конца. Именно упорство и настойчивость позволили ему перевернуть физику. Не было никаких гениальных прозрений и внезапных идей. Возможно, поэтому еще долгое время он отрицал важность своего открытия и пытался как-то «приладить», примирить новое понятие со старым подходом к физике. Целая плеяда ученых, которые появились благодаря введению кванта, не смогли убедить его в фундаментальном значении одного-единственного предположения для будущего науки.

Значение для науки

Прежде всего, квант - это основа для понимания природы света. Ученые еще в семнадцатом веке довольно точно измерили скорость солнечных лучей, но объяснить их появление или поглощение поверхностями были не в силах. Выяснилось, что энергия электромагнитных волн с одинаковым приращением фазы по времени может принимать только значения, кратные E= (N+1/2) ħω. Поясним:

E - энергия;
N - целое число;
ħ - редуцированная постоянна Планка, h/2π;
ω - угловая частота, которая и представляет собой приращение фазы волны по времени.

Приведенная выше формула обозначает, что энергия излучения ħω квантуется, то есть представляет собой набор конечных пакетов или фотонов.

Квант и материя

Объяснив природу света, люди поняли, что квант - это не только математическая шутка, но и огромные возможности. Позже ученые выяснили, почему электроны в атомах могут находиться только на определенных орбитах. Это потребовало введения принципа корпускулярно-волнового дуализма для элементарных частиц.

Переход электрона между двумя орбиталями в атоме происходит всегда рывком. Это приводит к процессам, благодаря которым испускается или поглощается световой квант. Что значит этот факт для науки, поясним чуть ниже. В каждом типе атомов набор квантов перехода уникален. То есть набор энергий, необходимый для возбуждения электронов золота, не подходит платине. Это дает возможность определить, какой именно переход был совершен, и понять, какой тип атома изучается: водород или аргон, алюминий или магний.

На этом основании стоит самый мощный инструмент изучения и покорения материи - спектроскопия. Сферы применения анализа спектров весьма обширны, вот некоторые из них:

изучение состава и структуры новых материалов;
улучшение свойств уже известных соединений;
изучение процессов, происходящих при взаимодействии разных типов материи.

Читатель и сам легко представит, что использовать такой метод можно во всех сферах человеческой деятельности.

Типы квантов

Помимо уже описанного фотона, бывают и другие типы квантов:

Глюон - квант векторного поля.
Гравитон - квант гравитационного поля (предсказан теоретически, но пока его существование не доказано практически).
Бозон Хиггса - квант поля Хиггса.

Большой адронный коллайдер, который был построен в 2012 году, доказал: в его недрах родился новый квант, бозон Хиггса. Таким образом, физики показали, почему глюоны и фотоны не обладают массой покоя.

Лазер как следствие приручения квантов света

Поняв, как получаются фотоны, ученые смогли «приручить» их. В результате появился лазер - источник монохроматических электромагнитных волн. При достаточно простых принципах, которые лежат в основании одновременной генерации фотонов одной длины волны (монохроматических), и простом строении самого устройства, возникали большие технические сложности.

Первой задачей было найти материал, в котором существовала бы инверсная заселенность электронов. Вторая задача состояла в том, чтобы создать два зеркала на торцах рабочего кристалла. Но обе они давно решены, причем понимание того, что такое квант, - это первый шаг к получению таких сложных устройств.

В современном мире лазер используется повсеместно. Его применяют как для забавы (лазерная указка), так и для серьезных целей (термоядерная реакция).

Квантом гравитационного поля является гравитон. Однако гравитон пока не установлен экспериментально, равно как и не построена по сей день теория квантовой гравитации.

Квантом электромагнитного поля является фотон . Масса покоя фотона равна 0. Фотон не несет на себе электрического заряда. Это обеспечивает линейный характер электромагнитных взаимодействий и большой радиус их действия.

Квантами слабого взаимодействия являются три бозона - W + , W – , Z 0 -бозоны. Верхние индексы указывают знак электрического заряда этих квантов. Кванты слабого взаимодействия имеют значительную массу, что приводит к тому, что слабое взаимодействие проявляется на очень коротких расстояниях.

Квантами сильного взаимодействия являются восемь глюонов. Свое название глюоны получили от английского слова glue (клей), ибо именно они ответственны за конфайнмент кварков. Массы покоя глюонов равны нулю. Однако глюоны обладают цветным зарядом, благодаря чему они способны к взаимодействию друг с другом, как говорят, к самодействию, что приводит к трудностям описания сильного взаимодействия математически ввиду его нелинейности. Если слабое взаимодействие ответственно за из-менение ароматов кварков, то сильное взаимодействие, осуществляемое посредством обмена глюонами между кварками, приводит к изменению цветов кварков. Так что в ядре постоянно происходят превращения протонов в нейтроны и наоборот - за счет обмена квантами слабого взаимодействия между кварками, вследствие чего u-кварк превращается в d-кварк и наоборот. Кроме этого внутри протонов и нейтронов кварки постоянно меняют свои цвета, испуская и поглощая глюоны. При этом протоны и нейтроны остаются бесцветными. Подобная инвариантность требует существования поля сильного взаимодействия для поддержания цветовой симметрии кварков. Хвост сильного вза-имодействия между кварками внутри протонов и нейтронов обеспечивает силы притяжения между протонами и протонами, протонами и нейтронами, нейтронами и нейтро-нами внутри ядра (ядерные силы).

Следует отметить, что взаимодействия, соответствующие калибровочной симметрии, характерны тем, что их величина определяется величиной заряда соответствующего вза-имодействия. То есть заряд калибровочного взаимодействия одновременно определяет и величину заряда элементарной частицы, и величину («силу») самого взаимодействия, так называемую константу связи. В настоящую эпоху эволюции Вселенной константы связи различных взаимодействий соотносятся следующим образом:

Где a S - константа связи сильного взаимодействия; а Е - константа связи электромагнитного взаимодействия; a W - константа связи слабого взаимодействия; a G - константа связи гравитационного взаимодействия.

С
овременные физики считают, что такое соотношение существовало не всегда. Иными словами, рассматриваемые постоянные не являются постоянными. И существовала эпоха в эволюции Вселенной, когда эти константы были равны. А это означает, что не существовало различий между четырьмя типами физических взаимодействий. Именно это обстоятельство и стимулирует физиков в построении единой теории всех физических взаимодействий - единой теории поля. Однако для того, чтобы понять те физические идеи, на которых базируется построение этой теории, следует сказать, что в действительности физика рассматривает материю не в двух проявлениях - веществе и поле, как это отмечается во многих физических справочниках, словарях и энциклопедиях, а в трех проявлениях. Третьим качественно отличным от вышеназванных двух форм материи является физический вакуум. Дело в том, что все кванты полей, рассмотренные нами ранее, являются векторными калибровочными бозонами. Калибровочными их называют по той причине, что они являются квантами калибровочных полей. Векторными их называют потому, что все они имеют целочисленное значение спина, равного единице (1), за исключением гравитона, спин которого предполагается равным двум (2). Физический вакуум нашей Вселенной рассматривается как коллективные возбуждения хиггсовых скалярных бозонов, спин которых равен нулю (0). Именно физический вакуум является прародителем всех частиц вещества и квантов полей, резервуаром, перекачка энергии из которого обеспечила их возникновение и функционирование. Способность вакуума в ходе эволюции Вселенной изменять свое состояние и привела к многообразию форм физического мира.

Составление представлений о структуре материи на разных этапах эволюции науки представлено ниже.