Дискретные кванты и реальный мир

И немного поговорим сегодня о теме, которую многие почему-то стараются либо как-то не замечать, либо просто игнорировать. Складывается такое впечатление, что ее совсем нет в природе. Почему – этого я не знаю? А это настоящая революция в понимании самой природы. Вот чуток истории. В начале XX века физика столкнулась с рядом необъяснимых явлений, которые не могли быть описаны классическими теориями (хотя сегодня все это еще более проблематично, если не бедово, так скажем в более мягкой форме). Решение этих проблем привело к рождению квантовой механики, а ключевым понятием, лежащим в ее основе, стало понятие дискретных квантов. И снова возникает вопрос, а что такое дискретные кванты? Есть такое понятие или нет. Так вот – в классической физике энергия, как и многие другие физические величины, считалась непрерывной (а почему – никто не знает? Просто ляпнул, видимо, кто-то и было всем удобно с этим согласиться. Как пример, нечто подобное произошло и с теорией относительности, да и с Эфиром, про который я уже писал. И, видимо, еще напишу много постов). И далее – это означало, что энергия могла принимать любое значение в заданном диапазоне. Однако, исследования показали, что это не всегда так (как многие думают даже сегодня). Потому как дискретный квант – это минимальное, неделимое количество энергии, которое может быть излучено или поглощено. Самый простой пример для наглядности (его очень часто прописывают в книгах по квантовой механике). Перед нами лестница, на которой можно стоять только на определенных ступенях (так мы и делаем в жизни), а не между ними. Аналогично, энергия в квантовом мире может существовать только в определенных, дискретных «порциях» или тех самых «квантах». А все остальное – чушь, придуманная псевдо «учеными мужами». Хотя во всем этом много спорного до сих пор.

Из истории (а это 1900 год) Макс Планк при излучении пытался объяснить спектр излучения абсолютно черного тела, предположил (а именно это и важно), что энергия излучается не непрерывно, а дискретными порциями, пропорциональными частоте излучения. Он ввел постоянную, названную впоследствии его именем (постоянная Планка, обозначенная – h), которая связывает энергию кванта с его частотой, где есть энергия кванта и частота излучения. Это сказано в простом отображении без основы формул, чтобы было более понятно. Ну, а далее (наше все) Альберт Эйнштейн в 1905 году, используя идею того же Планка, объяснил фотоэффект, предположив, что свет состоит из дискретных частиц, названных фотонами. Он показал, что энергия фотона также пропорциональна его частоте. А что и кто было или был первичным – это уже неважно, как оказалось. Ну, а дальше еще интереснее, как в сказке. Нильс Бор в 1913 году применил идею квантования к строению атома. Он постулировал, что электроны в атоме могут находиться только на определенных, дискретных энергетических уровнях (и это намного интереснее). Переход электрона с одного уровня на другой сопровождается излучением или поглощением кванта энергии, равного разнице энергий этих уровней. Поэтому можно и, видимо, нужно рассмотреть значение дискретных квантов, которая как мы понимаем и произвела революцию в физике и привела к созданию квантовой механики. И это концепция, которая описывает поведение материи на атомном и субатомном уровнях. Она объясняет множество явлений, которые не могли быть объяснены классической физикой (где атомы излучают и поглощают свет только на определенных частотах, соответствующих переходам электронов между дискретными энергетическими уровнями). И все это происходит при воздействии света, как фотоэффект.

Ну и для чего нам все это нужно нам (простым человекам) в итоге (или по итогу) при внедрении и использовании квантовых технологий? Особенно, когда кому-то из нас с умным лицом и надувая щеки говорят про изменение длины фотона или про сверхпроводимость и сверхтекучесть. Но здесь можно в ответ сказать лишь одно. Каким образом можно применять забытую многими из нас физику, квантовую механику в современных технологиях? И ответ на этот вопрос есть, причем он на поверхности перед нами, нужно только пошире открыть свои глаза (и на проблему тоже, как можно понимать). Развитие современных технологий с применением дискретных квантов включают в себя всем нам уже давно знакомые – лазеры, транзисторы, медтехника (МРТ, ПЭТ), включая медицинскую визуализацию для получения изображений внутренних органов человека. При этом используются квантовые свойства атомных ядер и электронов. А впереди нас (или многих из нас) ожидает нечто более значимое – это квантовые компьютеры и даже квантовые смартфоны. При этих новых квантовых технологиях используются квантовые биты (или кубиты) для выполнения вычислений, которые невозможны для классических компьютеров, которыми мы пользуемся сегодня. Да и в существующих технологиях солнечных батарей, где можно преобразовать энергию фотонов в электрическую энергию. А далее и светодиоды (LED), которые излучают яркий свет при рекомбинации электронов (да и так называемых и дырок в полупроводниках), где энергия излучаемого фотона определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Важно отметить, что квантовая механика описывает мир на вероятностном уровне (если это понятно). Мы не можем точно предсказать, где именно находится электрон в атоме, но можем определить вероятность его нахождения в определенной области пространства.

Это связано с принципом неопределенности (прописанного немецким физиком-теоретиком Вернером Гейзенбергом, одним из создателей квантовой матричной механики), который утверждал, что невозможно одновременно точно определить положение и импульс частицы. И да – концепция дискретных квантов является одним из фундаментальных принципов квантовой механики. Понимание дискретных квантов – это ключ к пониманию Вселенной на самом глубоком уровне. Но это так говорят ученые, а я этого пока еще не особо понимаю в плане того, как данные технологии могут нас связать с Вселенной? Если только в этаком абстрактом понимании новых квантовых технологий выйти за некую грань или за их пределы. А, что там впереди тогда ожидает – никто не знает? Все повторяется также, как и с большим адронным коллайдером. И здесь для нас (простых смертных) не важно, какой это коллайдер – кольцевой или линейный. Мы то этого все равно не понимаем в итоге – для чего нужно разгонять частицы, чтоб ударить их на встречных пучках? Нам этого не расскажут (или просто соврут, как всегда). Выслушав некие умные речи (каких-то дядек, а может и теток) о том, что благодаря коллайдерам ученым удается придать элементарным частицам вещества высокую кинетическую энергию (вопрос для чего), направить их навстречу друг другу, чтобы произвести их столкновение (?). И все это этак неожиданно (и вдруг) помогает исследовать фундаментальные законы природы и открывать новые частицы. Поэтому человек разумный может спросить, а в жизни то это что даст каждому из нас? И ответ будет стандартным и ожидаемым – Вам это ничего не даст, все это делается для человечества и всего мира. Тогда почему вокруг всей этой возни всегда постоянная секретность? Про квантовые компьютеры и связь – это да, понятно, а в остальном более – нет.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Оригинальная фотография по теме – Пейзаж. Любой кадр – это, как некая страница из мечты или отражение в абстрактном зеркале природного явления. Каждая фотография имеет свой окрас, свою энергетику для многих из нас. В этот миг происходит магическое действие природы, оставив след. След, который остается не только в природе и времен, но и в душе. Все фотографии были сделаны в формате «Горизонтальный». Этот формат у фотографов не является как бы «стандартным», но многие его используют для своего творчества. Что очень красиво, если посмотреть по сторонам, а увидеть можно много интересного вокруг. Фотографии все кликабельны, их можно увеличивать при желании. Это моя творческая публикация, как автора на блокчейн платформе. Камера на смартфоне Redmi Note 12 Pro+ (в работе очень удобная).