Есть ли реальность за вашей спиной? О квантовой физике простым языком

Параметры волн:

• амплитуда (А) – это максимальное отклонение от положения равновесия (например, амплитуда морской волны – это её высота);

• период (Т) – это время полного колебания;

• частота – это число колебаний в единицу времени.

Важно помнить: волны переносят энергию, но не переносят вещество.

Например, на поверхности воды лежит небольшой листок с дерева. Если бросить в воду камень, от него во все стороны начнут распространяться волны. Дойдя до листка, они не потянут его в направлении движения волн, а просто заставят совершать колебательные движения вверх и вниз. Форма воды будет меняться благодаря энергии от удара камня, но течение не возникнет.

Примеры волновых процессов в природе: колебание струны, дрожание желе, звук и, конечно, электромагнитные волны.

Идею прослушивать пациенток через трубку (это звуковые волны) пришла в голову врачу Рене Лаэннеку в 1816 году, потому что он стеснялся прижиматься к женской груди на каждом приёме.

Шкала электромагнитных излучений и видимое излучение

Электромагнитные волны пронизывают всё пространство вокруг. Очень многие физические процессы отличаются друг от друга всего лишь длиной волны. Это радиоволны, инфракрасное и ультрафиолетовое излучения и ещё опасные для человека рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Низкочастотные волны и радиоволны используются для радиосвязи, космической связи, телепередач.

Инфракрасное излучение – это тепловое излучение, без которого не было бы жизни. Его основной источник – Солнце, как и для ультрафиолетового излучения. В больших дозах эти излучения могут быть опасными.

И по-настоящему опасные волны – рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Рентген используют в криптографии, а ещё с его помощью можно увидеть, что находится внутри человека.

Гамма-излучение образуется при ядерных реакциях, у него высокая проникающая способность из-за малой длины волны. При авариях на АЭС именно оно причиняет так много вреда окружающему пространству.

На рисунке есть тонкая полосочка – это видимое излучение. Мы видим очень малую часть того, что происходит вокруг. Многие другие живые существа видят гораздо больше нас. Например, орлы и пчёлы видят ультрафиолетовый спектр.

В детстве я задумывалась: как бы выглядела наша жизнь, если бы мы видели все длины электромагнитных волн? Помогло бы нам это или нет? Большой вопрос.

#физикишутят

Один из создателей термодинамики (наука о передаче тепла), Вальтер Нернст, в часы досуга разводил карпов.

Однажды кто?то глубокомысленно заметил:

– Странный выбор. Кур разводить и то интересней.

Нернст невозмутимо ответил:

– Я развожу таких животных, которые находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – значит, обогревать на свои деньги мировое пространство.

А у вас есть не связанное с работой увлечение, которое демонстрирует вашу экспертность?

Глава 3

Взаимодействия

Взаимодействие – это вообще главное, что изучает физика. Исследуя вещество, явление или предмет, мы всегда сталкиваемся с тем, что они взаимодействуют с окружающим миром.

Вместо «Я мыслю, следовательно, я существую» физик бы сказал: «Я взаимодействую, следовательно, я существую».

Даже когда мы просто смотрим на предмет, он облучается фотонами (волной света). Фотоны от него отражаются и попадают нам в глаз. И наш глаз по углу отражения и длине волны может составить представление о форме этого предмета и о его цвете. Помните, что цвет предметов – это лишь длина волны, которую предмет отразил, а мы уловили.

В мире существует всего четыре вида взаимодействий.

Гравитационное взаимодействие

Хотя это самая слабая сила, она наиболее нам знакома. Из-за неё люди могут находиться на Земле, а планеты – вращаться по орбите вокруг Солнца.

Сила гравитации любого объекта пропорциональна его массе. Поскольку Земля – ближайший к нам из самых крупных объектов, то все предметы притягиваются к ней.

Если бы не было гравитационного взаимодействия, то из-за отсутствия центростремительной силы люди оторвались бы от Земли и улетели бы в открытый космос со скоростью 436 м/с. Огромная скорость, не правда ли? Гравитация играет важнейшую роль в нашей Вселенной, в нашей жизни вообще. И вместе с тем это самое слабое взаимодействие (посмотрите на таблицу!).

Фундаментальные физические взаимодействия

Гравитационное взаимодействие объясняет теория относительности. А квантовая теория описывает три оставшихся вида взаимодействий.

Сильное взаимодействие

Участники сильного взаимодействия – протоны и нейтроны. Это та сила, которая удерживает вместе составляющие этих частиц (кварки) и всё ядро атома. Это мощное, самое сильное взаимодействие. Оно работает только на очень коротких расстояниях, крошечных, как ядро атома. И всё же иногда сильного взаимодействия не хватает, чтобы удержать ядро, и оно разваливается на части. Это называется радиоактивным распадом.

В большинстве атомов вокруг нас ядра устойчивые и никогда не развалятся. Некоторые атомы радиоактивны, однако в большинстве случаев это для нас не опасно. Например, банан содержит калий?40, в грамме которого происходит 32 ядерных распада в секунду. Природный уровень радиации выше среднего у картофеля, орехов и семечек подсолнечника.

В атомной бомбе «Малыш», которая была сброшена на Хиросиму, содержалось около 700 граммов урана?235. И всего лишь 0,6 грамма вещества было превращено в энергию, создавшую такие ужасные разрушения. Представьте, насколько мощным является сильное взаимодействие.

#физикишутят

Забавно, что люди благодаря философии «в жизни надо попробовать всё» начинают пробовать наркотики, а не изучать ядерную физику, например.

Электромагнитное взаимодействие

Электромагнитное взаимодействие – это взаимодействие электрически заряженных частиц. Носители этого взаимодействия – фотоны.

Фотоны – это безмассовые частицы, которые двигаются со скоростью света и являются самыми распространёнными частицами во Вселенной. Луч света (это поток фотонов) доходит от Солнца до Земли за 8 минут, а от Полярной звезды до Земли – за 472 года, т.?е. мы видим сейчас Полярную звезду такой, какой она была во времена Колумба. И вообще, то, что мы видим в ночном небе, – это давно прошедшие события.

Электромагнитное взаимодействие, как и гравитационное, работает на бесконечно больших расстояниях. Оно намного сильнее гравитационного, но не проявляется в космических масштабах, поскольку материя электрически нейтральна (в каждой области Вселенной количество положительных и отрицательных зарядов примерно одинаково).

В обычной жизни мы постоянно сталкиваемся с электромагнитным взаимодействием. Действие большинства современных приборов и бытовой техники основано на электромагнитном взаимодействии.