Чарльз Флауэрс - 10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Нильс БОР

Субатомными называют частицы, входящие в состав атома или участвующие в атомных взаимодействиях (электроны, протоны, нейтроны и многочисленные иные частицы), а определение «квантовый» родилось естественным образом, отражая основную особенность поведения таких частиц. Квантовая теория возникла из работ знаменитого Макса Планка, который в 1900 г. обнаружил, что свет и другие формы лучистой энергии представляют собой вовсе не волны, а поток крошечных дискретных порций энергии, называемых квантами. На основе этой гипотезы Планку удалось решить одну из самых сложных и запутанных задач классической физики, а именно спектр излучения так называемого «абсолютно черного тела». Этот придуманный физиками теоретический объект отличается тем, что поглощает полностью все попадающее на него излучение (кстати, не следует думать, что объект действительно является чем-то абстрактным, поскольку обычная сажа, например, поглощает примерно 98% любого излучения). Дело заключалось в том, что весь создаваемый десятилетиями аппарат теоретической физики не мог объяснить и описать спектр излучения «черного тела». Планку неожиданно удалось получить совершенно точное решение задачи благодаря тому, что он просто ввел некоторые дискретные значения частоты и энергии вместо полагающихся непрерывных величин. Позднее Планк сам не мог рационально объяснить ход своих рассуждений, поскольку он просто пытался найти математический прием, позволяющий решить конкретную задачу и получить совершенно точно известную кривую распределения интенсивности, однако найденный им подход обозначил огромный сдвиг в научном и философском познании мира. После этого свет перестал считаться непрерывным излучением и превратился в поток частиц-дробинок (которые позднее Эйнштейн назвал фотонами), а теплота стала ассоциироваться с дискретным излучением атомов при переходе с одного энергетического уровня на другой.

Квантовая физика стала настолько невероятным вызовом здравому смыслу, что сам Планк начал относиться к ней несколько настороженно и недоверчиво. В этой науке факты и постулаты упрямо отказываются отвечать на главные и излюбленные вопросы естествоиспытателей и философов: «Почему? Зачем? Как?». Ее законы позволяют не объяснить, а, скорее, достаточно точно описать ход событий в микромире, которые, однако, вообще не укладываются в сколь-нибудь понятную нам схему или в другую, более понятнутную комбинацию законов.

Одним из самых распространенных терминов новой науки стал «квантовый скачок», вызывающий у обычного человека некую ассоциацию с «Большим Скачком» в лозунгах председателя Мао. Понятие возникло в результате важнейшего открытия Нильса Бора, и на его примере можно наглядно продемонстрировать отличие квантово-механических представлений от привычных нам ньютоновских. Для лучшего понимания следует вспомнить историю ядерной физики. Примерно сто лет назад, в 1911 году Эрнест Резерфорд сделал сенсационное открытие и показал, что все кажущиеся нам твердыми объекты фактически состоят из… пустого пространства (это относится и лично к вам, читатель!). Человеческое тело содержит около 30 триллионов клеток, в состав каждой из которых, в свою очередь, входят примерно 90 триллионов атомов. Так вот, результаты опытов Резерфорда убедительно и однозначно продемонстрировали, что каждый атом состоит из очень маленького ядра или центра, в котором, однако, сосредоточена практически вся его масса, и совершенно крошечных электронов (с массой лишь около 0,002 от массы протонов и нейтронов, составляющих ядро), причем эти электроны вращаются на огромных расстояниях (естественно, в ядерных масштабах). Если бы ядро было достаточно большим (например, имело вид шарика с диаметром 0,5 см), то электроны вращались бы вокруг этого шарика на расстоянии в 700 метров, что соответствует примерно горошине в центре гигантского круга, площадью в несколько футбольных полей. Ядро, в котором заключена практически вся масса атома, занимает лишь одну миллионную долю его объема (поэтому, собственно говоря, любые описания атомов остаются приближенными или условными), но несет положительный электрический заряд, равный отрицательному заряду всех электронов вместе, в результате чего атом в целом остается электрически нейтральным.