Эскизы. 26. Квантовый мир...
Настоящим постом начинаю публикацию третьей главы "Квантовый мир" книжки "Эскизы устройства мира". Начинаю с понятия корпускулярно-волнового дуализма. Отчетливо основанного на присущем нам антропоцентризме.
§8. Волновые пакеты и корпускулярно-волновой дуализм.
Здесь мы обсудим пакеты (цуги) волн, определим их характеристики и выведем буквально на пальцах известный в квантовой физике принцип неопределенности Гайзенберга и его разновидности.
8.1. Волновые пакеты.
Наши мозги и язык всегда в той или иной степени идеализирует реальность. Когда мы говорим о волнах, то представляем себе, как правило, почти бесконечно длинную волну почти постоянной амплитуды с почти одинаковыми расстояниями между горбами волны. Но реальность не такова. Волны всегда образуют волновые пакеты (цуги волн). С большим или меньшим числом волновых горбов внутри пакета. Примерно такие:
Рис. 3.1. Волновой пакет (цуг волн).
Этот волновой пакет можно приближенно описать такой функцией:
f(x,t) ~ А(х)cos(2πx/λ - 2πt/T), (8.1)
где λ - длина волны (расстояние по оси х между двумя соседними горбами волны f(x,t)), Т - временной период между прохождением двух соседних горбов волны f(x,t) фиксированной точки на оси х, А(х) - изменяющаяся вдоль оси х амплитуда волны f(x,t).
8.2. Корпускулярно-волновой антропоцентризм.
Кто и как будет воспринимать такой волновой пакет? В начале прошлого века радиосвязь и вещание велись на длинных (километры) и средних (сотни метров) электромагнитных волнах. И мы их называли радиоволнами. Терминология не изменилась при переходе на короткие (десятки метров), ультракороткие (метры) и дециметровые (сотовая связь) и сантиметровые волны.
Но при переходе на диапазон длин волн от миллиметров до микрометров мы уже говорим об инфракрасном излучении, но не о волнах. А для обозначения более коротковолновых диапазонов начиная от видимого света на длинах волн ~ 400-700 нанометров пользуемся терминами фотоны и кванты. Подразумевая, тем самым, что пакеты таких волн мы воспринимаем как частицы.
А как будут воспринимать волны близкого инфракрасного и видимого диапазонов (от 400 нанометров до миллиметров) вирусы, размеры которых лежат в диапазоне от 20 до 100-200 нанометров? Разумеется, как волны. Хотя мы их воспринимаем как фотоны (кванты). И только волновые пакеты жесткого ультрафиолета (десятки нанометров) вирусы вынуждены будут воспринимать не как волны, а как очень крупные снаряды.
Не столько потому, что длины таких волн сопоставимы с размерами вирусов, сколько по причине того, что энергия таких фотонов заметно превышает энергию связи атомов в молекулах РНК вирусов. По причине чего такие фотоны рвут РНК вирусов и убивают их. И потому вирусы, будь они разумны, придумали бы снарядно-волновой дуализм.
Итак, понятие корпускулярно-волнового дуализма в немалой степени антропоцентрично. Поэтому вас не должен удивлять тот факт, что физики при описании многих коллективных явлений в сплошных средах стали вводить понятия квазичастиц. Таких, например, как фононы, являющиеся по сути волновыми пакетами колебаний кристаллических решеток в твердых телах.
§8. Волновые пакеты и корпускулярно-волновой дуализм.
Здесь мы обсудим пакеты (цуги) волн, определим их характеристики и выведем буквально на пальцах известный в квантовой физике принцип неопределенности Гайзенберга и его разновидности.
8.1. Волновые пакеты.
Наши мозги и язык всегда в той или иной степени идеализирует реальность. Когда мы говорим о волнах, то представляем себе, как правило, почти бесконечно длинную волну почти постоянной амплитуды с почти одинаковыми расстояниями между горбами волны. Но реальность не такова. Волны всегда образуют волновые пакеты (цуги волн). С большим или меньшим числом волновых горбов внутри пакета. Примерно такие:
Рис. 3.1. Волновой пакет (цуг волн).
Этот волновой пакет можно приближенно описать такой функцией:
f(x,t) ~ А(х)cos(2πx/λ - 2πt/T), (8.1)
где λ - длина волны (расстояние по оси х между двумя соседними горбами волны f(x,t)), Т - временной период между прохождением двух соседних горбов волны f(x,t) фиксированной точки на оси х, А(х) - изменяющаяся вдоль оси х амплитуда волны f(x,t).
8.2. Корпускулярно-волновой антропоцентризм.
Кто и как будет воспринимать такой волновой пакет? В начале прошлого века радиосвязь и вещание велись на длинных (километры) и средних (сотни метров) электромагнитных волнах. И мы их называли радиоволнами. Терминология не изменилась при переходе на короткие (десятки метров), ультракороткие (метры) и дециметровые (сотовая связь) и сантиметровые волны.
Но при переходе на диапазон длин волн от миллиметров до микрометров мы уже говорим об инфракрасном излучении, но не о волнах. А для обозначения более коротковолновых диапазонов начиная от видимого света на длинах волн ~ 400-700 нанометров пользуемся терминами фотоны и кванты. Подразумевая, тем самым, что пакеты таких волн мы воспринимаем как частицы.
А как будут воспринимать волны близкого инфракрасного и видимого диапазонов (от 400 нанометров до миллиметров) вирусы, размеры которых лежат в диапазоне от 20 до 100-200 нанометров? Разумеется, как волны. Хотя мы их воспринимаем как фотоны (кванты). И только волновые пакеты жесткого ультрафиолета (десятки нанометров) вирусы вынуждены будут воспринимать не как волны, а как очень крупные снаряды.
Не столько потому, что длины таких волн сопоставимы с размерами вирусов, сколько по причине того, что энергия таких фотонов заметно превышает энергию связи атомов в молекулах РНК вирусов. По причине чего такие фотоны рвут РНК вирусов и убивают их. И потому вирусы, будь они разумны, придумали бы снарядно-волновой дуализм.
Итак, понятие корпускулярно-волнового дуализма в немалой степени антропоцентрично. Поэтому вас не должен удивлять тот факт, что физики при описании многих коллективных явлений в сплошных средах стали вводить понятия квазичастиц. Таких, например, как фононы, являющиеся по сути волновыми пакетами колебаний кристаллических решеток в твердых телах.