Квантовая физика кажется абстрактной наукой о частицах меньше пылинки. Но именно она подарила нам гаджеты, которые греют обед, спасают от скуки в пробках и даже лечат.
Лазеры: от сканеров в супермаркете до лазерной эпиляции
Лазер — это усиленный свет, где все фотоны движутся синхронно. Его работа основана на квантовом эффекте вынужденного излучения, открытом Эйнштейном еще в 1917 году. Но, не суть, вдаваться в подробности того, как это работает, не буду, просто скажу, что лазеры используются не только в фантастических фильмах про пришельцев, но и обычной жизни.
- Сканеры штрих-кодов (без них не купить бананы за 2 минуты).
- DVD и Blu-ray-плееры (RIP, видеокассеты). Мы, конечно, ими уже не пользуемся, но всё же, штука полезная в своё время была.
- Лазерные принтеры, хирургические инструменты и даже уровни для ремонта. И всё это квантовая физика, а вы небось и не догадывались, да?
Кстати, кошка сходит с ума от лазерной указки именно потому, что луч идеально прямой — это и есть «квантовая магия».
Транзисторы: сердце всех гаджетов
Транзистор — звучит как-то старомодно, согласитесь. Сейчас модно говорить "микрочипы" и "процессоры". Тем не менее без транзисторов не было бы компьютеров, смартфонов и даже умных чайников. Эти микроскопические переключатели (это раньше они были большими) работают благодаря квантовому туннелированию — способности электронов «просачиваться» сквозь барьеры. Снова не буду вдаваться в технические подробности, просто представьте, что вы можете пройти сквозь стену, как призрак. Электроны как раз этим и занимаются.
А теперь оцените масштабы: один чип в смартфоне содержит миллиарды транзисторов. Именно благодаря квантовой физике раньше компьютеры занимали целые комнаты, а теперь помещаются в карман.
МРТ
Аппарат МРТ (магнитно-резонансная томография) сканирует тело, используя ядерный магнитный резонанс — явление, при котором ядра атомов реагируют на магнитное поле. И тут у кого-то может возникнуть вопрос: чего ты мне голову морочишь, почему магнетизм вдруг стал квантовым явлением?
Дело в том, что протоны в атомах водорода нашего тела ведут себя как крошечные магниты. В сильном магнитном поле они «выстраиваются», а затем излучают сигналы, которые превращаются в 3D-изображение. Кстати, изначально технологию разрабатывали для изучения кристаллов, а теперь она диагностирует переломы и опухоли.
Светодиоды во всём их разнообразии
LED-лампы в квартире и на улице, OLED-дисплеи в планшетах и смартфонах работают благодаря электролюминесценции — явлению, когда электроны, перескакивая между энергетическими уровнями, испускают фотоны. И да, это тоже квантовая физика.
Кстати, яркие цвета современных телевизоров — это результат точной настройки «прыжков» электронов в полупроводниках.
Флеш-память: от USB-флешек до облачных серверов
Ваши фотографии на Яндекс.Диске или в каком-то другом в облаке и документы на флешке хранятся благодаря всё тому же квантовому туннелированию через изоляционный слой в транзисторах. Только теперь электроны не проходят «сквозь стены», как в случае с транзисторами, а наоборот «застревают» в ячейках памяти, создавая биты данных (0 и 1).
Конечно, флешки были и раньше, но с теми технологиями для хранения 1 ГБ данных нужен был жесткий диск размером с холодильник, а теперь та же информация помещается на ногте.
Солнечные батареи
Солнечные панели, как известно, работают благодаря фотоэффекту, за изучение которого Эйнштейн в своё время получил Нобелевскую премию. Когда фотоны света бьют по полупроводнику, они выбивают электроны, создавая ток.
И не надо думать, что солнечные батареи используются только на МКС. Все мы пользуемся калькуляторами на солнечных батареях, в саду втыкаем фонарики с солнечными панелями, при помощи солнце в кемпингах заряжаются смартфоны, а на югах нашей планеты целые дома сами обеспечивают себя энергией, благодаря солнечным батареям и квантовой физике.
Атомные часы и точное время на смартфоне
GPS и синхронизация времени в гаджетах зависят от атомных часов, где за эталон взяты колебания электронов в атомах цезия. Их погрешность: 1 секунда в 100 миллионов лет!
Понятно, что атомные часы не висят у нас на стене, но если бы их не было, то навигатор путал бы повороты (об этом подробнее я скоро напишу), деньги при оплате картой времена уходили бы не туда, да и соцсети с мессенджерами глючили бы.
В общем, каждый раз, когда вы включаете свет, проверяете сообщение или греете суп, вы невольно становитесь пользователем квантовых технологий. Ещё нашим бабушкам в молодости эти изобретения казались бы фантастикой, а теперь квантовая физика делает нашу жизнь удобнее каждый день, хотя мы зачастую вообще ничего о ней не знаем.
P.S. Если Wi-Fi снова тормозит, вспомните: он передает данные с помощью фотонов, которые могут быть в двух местах сразу. Возможно, ваш роутер просто слишком увлекся квантовыми экспериментами…
Подписывайся на мой Телеграм, иначе в следующий раз твой лазерный принтер начнет печатать только мемы с котиками. А ниже я подобрал ещё несколько интересных статей по физике: