Відкриття рівняння Шредінгера

Диференціальне рівняння Шредінгера добре відоме молодим хімікам та фізикам з усього світу. Якщо коротко, рівняння описало рух електронів навколо ядра революційним образом і кардинально змінило погляд наукового товариства на модель атома, а сам Шредінгер отримав Нобілівську премію за своє відкриття.

Але історія, зумовивша це відкриття, м’яко кажучи дивна. На Різдво 1925 року Шредінгер вирушив до містечка з назвою Ароза в невеличку відпустку. Його відносини з дружиною були на рекордно низькому рівні, тому він вирішив запросити давню подругу із Відня скласти йому компанію. Також він узяв їз собою деякі записи де Бройля. Коли він повернувся з відпустки 8 січня 1926 року, то оголосив про відкриття хвильової механіки, теорії, котра описує електрон як хвилю.

Коли його запитали, «як пройшла ваша відпустка, професоре?», він відповів: «Мене відволікали деякі розрахунки».

Виявляється, маса — зовсім не те, як ви гадали

Ми всі вважали, що маса — це кількість речовини, якою володіє об’єкт. Гаразд, частково це правда. На жаль, у механізму Хіггса інші думки з цього приводу. Він, насправді, перевертає нашу логіку. Механізм Хіггса інтерпритує масу частинки по тому, як сильно ця частинка взаємодіє з певним полем (полем Хіггса). Технічно усе в цьому світі не має маси, доки не взаємодіє з цим дивним полем. Саме з цієї причини (а не з причини її довгої відсутності на моніторах), вчені називають бозон Хіггса «частинкою бога».

Щоб краще пояснити цю теорію, Девід Міллер звернувся до натовпу політиків з дуже простою аналогією:

    «Уявімо коктельну вечірку членів політичної партії, котрі рівномірно розподілені по приміщенню і розмовляють з найближчими колегами. В кімнату заходить екс-прем’єр і рухається по приміщенню. Всі співробітники поряд з ним притягуються до нього і скупчуються навколо. Оскільки навколо не завжди є скупчення людей, він набирає більшу масу, чим звичайно; тобто у нього більше імпульсу і та ж швидкість руху. Доки він рухається, йому складніше зупинитися, а коли він зупинився, йому складніше знову почати рух, оскільки необхідно перезавантажувати процес скупчення. В трох вимірах, ускладнених теорією відносності, це і є механізм Хіггса».

Квантова механіка дозволяєт вам бути в двох місцях одночасно

За певної умови: якщо ви — квантова частинка. Принцип невизначеності Гейзенберга і двохщілинний експеримент Юнга дійсно пропонують нам уявити новий світ; ці закони показали, що замість того, щоб перебувати в одному місці, щось буде з визначеною «ймовірністю» знаходитися у відомій (x, y, z) позиції. Нажаль, невизначеність в таких вимірах незначно впливає на повсякденні об’єкти, але коли це стосується електронів, наприклад, вчені можуть виділити області, в котрих електрони можуть бути виявлені, але ніяк не вказати точне положення електрона. Цей принцип також відомий як квантова суперпозиція.

Шредінгер і його знаменитий кіт

Ервін Шредінгер може бути відомий серед квантових хіміків чвоїм революційним рівнянням, але його ім’я серед простих смертних частіше викликає ассоціацію з котом. У відповідь на так звану проблему копенгагенської інтерпритації квантової механіки, Шредінгер прийшов до дивного, але досить цікавому мисленевому експерименту.

Він уявив коробку, в котрій знаходиться живий кіт, радіоактивний матеріал, молоток і їдка кислота. Якщо радіактивний матеріал розпадеться, він призведе до того, що молоток упаде на контейнер з кислотою і розіб’є його, що, в свою чергу, призведе до загибелі кота. Але Шредінгер заявив, що шанси на розпад радіоактивного матеріалу через годину складають 50%. Логічно припустити, що через годину кіт буде або живий, або мертвий, і ми не зможемо визначити це, доки не відкриємо коробку. Сам же Шредінгер підсумував, що згідно квантової механіки, кіт одночасно живий і мертвий до того моменту, поки ми не відкриємо коробку і не взнаємо його актуальний стан.

Квантова механіка стала самою дивовижною областю науки, котра буквально перевертає наш погляд на повсякденні речі. Хоча чотири приклади вище здаються цікавими і зрозумілими, одна маленька цитата у виконанні Річарда Фейнмана підсумовує все, що потрібно знати про цю науку: «Думаю, що можу сміливо сказати, що ніхто не розуміє квантову механіку».