Энтузиазм — это прекрасно! Есть хорошие и плохие новости.
Хорошая новость заключается в том, что получить хорошее понимание квантовой механики не так трудно. Это не похоже на попадание в Национальную баскетбольную ассоциацию, которое случается только с высшей прослойкой, состоящей из одного процента человечества. Да, вы тоже можете изучить квантовую механику! И не только поверхностно! Пока вы мотивированы и обладаете хотя бы средним интеллектом, этого можно добиться.
Плохая новость: это долгий путь. Не обязательно трудный, но долгий путь. Чтобы осмысленно заняться квантовой механикой в любом виде, вам следует сделать примерно следующее.
- Разберитесь с математикой. Интегральное исчисление, дифференциальные уравнения и линейная алгебра практически не подлежат обсуждению, если вы хотите понять квантовую механику.
- Разберитесь с классической механикой Ньютона. Скорее всего, это рассматривалось на уроках физики, которые вы могли посещать в школе. Мы говорим о силах, ускорениях, импульсе, энергии и тому подобном. Конечно, уроки физики охватывают больше, чем механику — физика обычно затрагивает и другие вещи, такие как электричество и магнетизм, термодинамика, оптика и так далее. Эти другие вещи могут быть немного полезны, но на самом деле в них даже нет необходимости, если вы хотите понять именно квантовую механику.
- Поймите (или хотя бы немного ознакомьтесь) с гамильтоновой или лагранжевой классической механикой. Если формулировка классической механики Ньютона ориентирована на силы, то формулировка Гамильтона или Лагранжа является энергоцентричной.
Другими словами, предположим, что я бросил мяч через какое-то сумасшедшее силовое поле. Допустим, это легкий шарик из пенопласта, и у меня есть сложный набор вентиляторов, которые будут толкать этот шарик по-разному во время его движения. Я говорю вам, как я собираюсь его подбросить. И хочу, чтобы вы спрогнозировали его траекторию.
Если бы вы делали это в рамках ньютоновской философии, вы бы попытались понять все силы, которые в этом участвуют. Вы бы начали с гравитационной силы, всегда действующей на шар, затем вы бы вычислили силовое поле, связанное с каждым вентилятором. Возможно, вы бы очень усердно поработали, чтобы понять силовые поля, когда два вентилятора находятся достаточно близко друг к другу, так, чтобы их влияние перекрывалось. Если вы действительно увлечены, вы бы также попытались понять все аэродинамические силы, действующие на шарик. Когда вы всё это обработали бы, и у вас была бы готовая траектория.
Гамильтоновский или лагранжевский подход включает в себя не силы, а энергию. Вы бы проделали аналогичную работу: вычисление энергии, связанную с тем, что шарик из пенопласта находится во всех возможных положениях (и движется со всеми возможными скоростями) в области упомянутых вентиляторов. Затем вы обрабатываете всё это (используя несколько иной математический аппарат, чем в ньютоновской механике), и у вас опять будет траектория.
Дело в том, что «энергоцентрический» подход переносится в квантовый мир намного естественнее, чем «силоцентрический» подход. Таким образом, вы должны понимать энергоцентрический подход в классическом контексте, по крайней мере, чтобы настроить свою интуицию на то, что происходит на квантовом уровне.
Хорошие новости: если у вас всё это получится, вы в основном готовы начать осмысленно заниматься квантовой механикой. Обычно это происходит на последнем курсе колледжа, если вы специализируетесь на физике.
Ещё хорошие новости: до того, как всё это произойдет, вы познакомитесь с квантовой механикой в школе. Не поймите меня неправильно, получение этих уроков не поможет вам раскрыть многие интересные загадки квантовой механики. Тем не менее это важно.
Если вы пройдете хороший курс химии в школе, вы уже начнёте разбираться в квантовой механике. Вы узнаете о структуре атома и о том, что неквантовое понимание атома несовместимо с экспериментальными результатами. Затем вы узнаете немного о том, как учёные зафиксировали своё понимание и нашли что-то очень странное (по крайней мере, если смотреть через классическую линзу).
Хорошие времена впереди!
По материалам публикации (англ.).
