Тайны квантового мира: О парадоксальности пространства и времени - [10]

Шрифт
Интервал

Дело в том, что, вращаясь с центростремительным ускорением вокруг атомного ядра, электрон по законам электродинамики должен мгновенно излучить энергию и упасть. Разрешить эту проблему и направить физиков по верному пути понимания атомной структуры удалось молодому датскому теоретику Нильсу Бору, прибывшему на стажировку в Англию после защиты докторской диссертации у себя на родине. За отправную точку Бор принял новые постулаты квантовой механики, согласно которым на субатомном уровне энергия испускается исключительно квантовыми порциями.

Согласно хрестоматийным постулатам Бора, электрон не излучает энергию, находясь на неких «стационарных» орбитах. При этом сам акт излучения кванта электромагнитной энергии сопоставляется с переходом: «высокая» орбита — «низкая» орбита.

Объяснить странные правила поведения электронов внутри атома Бор в то время не мог, но он уже тогда высказал догадку, что эти отдельные, дискретные орбиты как-то связаны с еще науке неизвестными квантовыми закономерностями движения. Предположения Бора основывались на том, что именно своеобразие квантового движения выделяет отдельные орбиты из всей возможной их совокупности.

Все это уже серьезно расходилось с планетарной аналогией, ведь по законам классической механики орбиты электронов должны были бы быть совсем иными. Получалось, что именно особенности квантового движения внутри атома проявлялись в наличии лишь некоторых избранных состояний трансдислокации электронов.

Впоследствии, после завершения основных этапов развития квантовой науки, выяснилось, что атомные постулаты Бора об устойчивых орбитах на самом деле органически вытекают из нее, как некое приближенное правило. При этом существует орбита с наименьшей из возможных энергий, на которой электрон может находиться неограниченное время. Говоря научным языком, Бор показал, что электрон не может находиться на произвольном удалении от атомного ядра, а может быть лишь на ряде фиксированных орбит, получивших название «разрешенные орбиты». Электроны, находящиеся на таких орбитах, не могут излучать электромагнитные волны произвольной интенсивности и частоты, иначе им, скорее всего, пришлось бы перейти на более низкую, неразрешенную орбиту. Поэтому они и удерживаются на своей более высокой орбите, подобно самолету в аэропорту отправления, когда аэропорт назначения закрыт по причине нелетной погоды.

Однако электроны могут переходить на другую разрешенную орбиту. Как и большинство явлений в мире квантовой механики, этот процесс не так просто представить наглядно. Электрон просто исчезает с одной орбиты и материализуется на другой, не пересекая пространства между ними. Этот эффект назвали «квантовым прыжком» или «квантовым скачком». Боровские правила квантования атомных орбит объяснили не только удивительную стабильность окружающих нас атомов, но и тот удивительный факт, что атомы испускают свет строго определенных частот. Данные частоты Бор выразил через величины зарядов ядра и электрона, их массы и постоянную Планка. Таким образом, загадочные по своему смыслу правила квантования Бора стали описывать все главнейшие свойства атомов.

Следующим этапом торжества квантовой физики стал анализ природы света, а более широко — электромагнитного излучения, которое, как оказалось состоит из квантов — фотонов. Для создания современной картины мира важным событием оказалось то, что (это было показано экспериментально) рассеяние света свободными электронами происходит по законам упругого столкновения двух частиц. Так были выявлены корпускулярные свойства света и экспериментально доказано, что наряду с волновыми свойствами свет как бы состоит из частиц. В этом проявляется двойственность (дуализм) света, его корпускулярно-волновая природа. Возникло логическое противоречие: для объяснения одних явлений надо было считать, что свет имеет волновую природу, для объяснения других — корпускулярную. Разрешение этого противоречия и привело к созданию физических основ квантовой механики.

Когда Джон Дальтон впервые в истории современной науки предложил атомную теорию строения вещества, атомы представлялись ему неделимыми, наподобие микроскопических бильярдных шаров. Однако на протяжении всего девятнадцатого столетия становилось всё очевиднее, что такая модель неприемлема. Поворотной точкой здесь стали открытия выдающихся английских физиков-экспериментаторов Джозефа Джона Томсона и Ричарда Резерфорда. После опытов этих ученых стало совершенно ясно, что атом не просто делим, но что он еще и обладает сложной структурой: состоит из массивного положительно заряженного центрального ядра и движущихся вокруг него легких отрицательно заряженных электронов. Тут же возникла новая проблема — составной атом не был устойчив и должен был мгновенно распадаться.

Противоречие снял Бор, применив квантовую теорию к состоянию электронов на атомных орбитах.

Если электрон перескакивает на более низкую орбиту, он теряет энергию и, соответственно, испускает квант света — фотон определенной энергии с фиксированной длиной волны. На глаз мы различаем фотоны разных энергий по цвету, так, раскаленный металл имеет желтовато-белый цвет, вольфрамовая проволочка в электрической лампочке — желтый, угли костра — насыщенно-красный, всеми цветами радуги светятся различные инертные газы в лампах неоновой рекламы. А для перехода на более высокую орбиту электрон должен, соответственно, поглотить фотон.


Еще от автора Олег Орестович Фейгин
Вольф Мессинг – повелитель сознания

Можно ли управлять окружающими, как это делал гипнотизер, ясновидец, телепат и артист оригинального жанра профессор Вольф Мессинг? Фантастика или реальность – создание приборов, подчиняющих себе человеческое сознание? Возможны ли ясновидение, телепатия, телепортация, путешествие во времени и существование параллельных миров? Какие тайны хранит история знаменитых магов, ясновидящих, колдунов, предсказателей и экстрасенсов? Что надо знать, чтобы не попасть под управление чужим разумом в обыденной жизни? Все ли нам предельно понятно или есть еще что-то, что современная наука объяснить не в состоянии? Вопросов больше, чем ответов…На страницах книги вас ждет увлекательное путешествие в мир современной науки, которая как никогда ранее близка к пониманию того, как устроен разум человека.


Лучи смерти

Супероружие. Это то, что хотят заполучить военные любой страны. Стремясь добиться стратегического превосходства, крупнейшие государства бросают на военные научные программы огромные ресурсы. Больше всего сил и средств на них тратили США и СССР. Эта книга – историко-художественное расследование отечественных и зарубежных проектов создания нового оружия, многие из которых кажутся совершенно фантастичными.


Никола Тесла — повелитель молний

Что скрывается за таинственными изобретениями Николы Теслы? Как был связан великий изобретатель с загадкой исчезновения эсминца «Элдридж» в ходе филадельфийского эксперимента? Что за таинственные опыты ставили последователи Николы Теслы на заброшенной базе ВВС в Монтауке? Эти и многие другие захватывающие воображение вопросы автор рассматривает через призму самых последних достижений науки и техники. Книга написана в виде сборника популярных очерков — расследований темных пятен биографии выдающегося электротехника и изобретателя Николы Теслы.Книга предназначена для самого широкого круга читателей, интересующихся секретами военно-научных исследований.


Тайная война в космосе. Секретные технологии аномальных явлений

Существует ли внеземной разум и не являются ли его проявления следами тщательно законспирированных испытаний новейших военных технологий? Нередко «небесные тайны» приводят нас к вполне земным секретным исследованиям ВПК – военно-промышленного комплекса США и стран НАТО. И эти тайны, начиная от проекта «Могол» и заканчивая «Ионосферной Арфой», прикрываемые уфологическими легендами, подчас превосходят самые необычные сюжеты писателей-фантастов…Книга основывается на уфологических исследованиях, освещаемых с точки зрения современной науки, и отвечает на вопросы: как возник «феномен НЛО» и какова природа «летающих тарелок»? Почему после ночной битвы над Лос-Анджелесом в 1942 г.


Механика машины времени

В книге рассказывается об истории возникновения понятия времени и о связанных с ним парадоксах современной научной картины мироздания. Описываются удивительные свойства пространства– времени в масштабах микромира и всей Вселенной. Рассматриваются теории рождения физического времени в бурных процессах возникновения сингулярности Большого взрыва. Завораживающе и увлекательно излагаются современные космологические сценарии, элементы теории относительности и квантовой космологии.Обсуждается течение потока времени вблизи гравитационных коллапсаров – черных дыр, нейтронных звезд, белых карликов и квазаров.


Никола Тесла. Прометей ХХ века

Книга представляет собой сборник научно-художественных очерков, рассказывающих об удивительных изобретениях выдающегося электротехника Николы Теслы. В ней описываются поразительные открытия изобретателя в области электротехники, атмосферного электричества, физики ионосферы и в радиофизике. Автор анализирует целый ряд неоднозначных экспериментов Теслы, связанных с еще неразгаданными тайнами естествознания, дальнейшим развитием электрофизической науки, а также возможность их воплощения в технике будущего.


Рекомендуем почитать
Наполеон Бонапарт: между историей и легендой

Наполеон притягивает и отталкивает, завораживает и вызывает неприятие, но никого не оставляет равнодушным. В 2019 году исполнилось 250 лет со дня рождения Наполеона Бонапарта, и его имя, уже при жизни превратившееся в легенду, стало не просто мифом, но национальным, точнее, интернациональным брендом, фирменным знаком. В свое время знаменитый писатель и поэт Виктор Гюго, отец которого был наполеоновским генералом, писал, что французы продолжают то показывать, то прятать Наполеона, не в силах прийти к окончательному мнению, и эти слова не потеряли своей актуальности и сегодня.


Император Алексей Ι Комнин и его стратегия

Монография доктора исторических наук Андрея Юрьевича Митрофанова рассматривает военно-политическую обстановку, сложившуюся вокруг византийской империи накануне захвата власти Алексеем Комнином в 1081 году, и исследует основные военные кампании этого императора, тактику и вооружение его армии. выводы относительно характера военно-политической стратегии Алексея Комнина автор делает, опираясь на известный памятник византийской исторической литературы – «Алексиаду» Анны Комниной, а также «Анналы» Иоанна Зонары, «Стратегикон» Катакалона Кекавмена, латинские и сельджукские исторические сочинения. В работе приводятся новые доказательства монгольского происхождения династии великих Сельджукидов и новые аргументы в пользу радикального изменения тактики варяжской гвардии в эпоху Алексея Комнина, рассматриваются процессы вестернизации византийской армии накануне Первого Крестового похода.


Продолжим наши игры+Кандибобер

Виктор Пронин пишет о героях, которые решают острые нравственные проблемы. В конфликтных ситуациях им приходится делать выбор между добром и злом, отстаивать свои убеждения или изменять им — тогда человек неизбежно теряет многое.


Краткая история насекомых. Шестиногие хозяева планеты

«Любая история, в том числе история развития жизни на Земле, – это замысловатое переплетение причин и следствий. Убери что-то одно, и все остальное изменится до неузнаваемости» – с этих слов и знаменитого примера с бабочкой из рассказа Рэя Брэдбери палеоэнтомолог Александр Храмов начинает свой удивительный рассказ о шестиногих хозяевах планеты. Мы отмахиваемся от мух и комаров, сражаемся с тараканами, обходим стороной муравейники, что уж говорить о вшах! Только не будь вшей, человек остался бы волосатым, как шимпанзе.


Историческое образование, наука и историки сибирской периферии в годы сталинизма

Настоящая монография посвящена изучению системы исторического образования и исторической науки в рамках сибирского научно-образовательного комплекса второй половины 1920-х – первой половины 1950-х гг. Период сталинизма в истории нашей страны характеризуется определенной дихотомией. С одной стороны, это время диктатуры коммунистической партии во всех сферах жизни советского общества, политических репрессий и идеологических кампаний. С другой стороны, именно в эти годы были заложены базовые институциональные основы развития исторического образования, исторической науки, принципов взаимоотношения исторического сообщества с государством, которые определили это развитие на десятилетия вперед, в том числе сохранившись во многих чертах и до сегодняшнего времени.


Технологии против Человека. Как мы будем жить, любить и думать в следующие 50 лет?

Эксперты пророчат, что следующие 50 лет будут определяться взаимоотношениями людей и технологий. Грядущие изобретения, несомненно, изменят нашу жизнь, вопрос состоит в том, до какой степени? Чего мы ждем от новых технологий и что хотим получить с их помощью? Как они изменят сферу медиа, экономику, здравоохранение, образование и нашу повседневную жизнь в целом? Ричард Уотсон призывает задуматься о современном обществе и представить, какой мир мы хотим создать в будущем. Он доступно и интересно исследует возможное влияние технологий на все сферы нашей жизни.


Многоликий вирус. Тайны скрытых инфекций

Вирусы многолики. Они способны вызывать не только острые, но и скрытые, в частности и так называемые медленные, инфекции: врожденную краснуху, СПИД, вирусные гепатиты, бешенство, подострый склерозирующий панэнцефалит и многие другие. Вторжение вирусов в организм людей порой вовсе не сопровождается проявлениями признаков болезни: мы продолжаем ощущать себя здоровыми. И тем не менее скрытая вирусная инфекция может привести к самым неожиданным, а иногда и трагическим последствиям. Новые данные о возбудителях медленных инфекций (в том числе и не вирусных), о масштабах распространения их по миру и механизмах развития, а также, что самое главное, о мерах по предупреждению этих смертельно опасных заболеваний читатель узнает непосредственно «из первых рук» – от выдающегося ученого-вирусолога В. А. Зуева.


Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?

Климат на нашей планете меняется, причем весьма интенсивно. С этим уже не поспоришь… Растет число природных катастроф, и эти изменения касаются каждого жителя Земли, лишая его возможности занять удобную позицию стороннего наблюдателя. А потому как никогда актуальна задача разобраться в причинах происходящего: ведь если установить механизмы, определяющие поведение климатической системы Земли, мы сможем прогнозировать будущие изменения климата, а со временем и направлять их в желаемое русло.