Представьте себе гипотетическую ситуацию, что мы отделили один атом некоторого вещества и поместили в вакуумный герметичный контейнер. Как он себя поведет? Будет плавать, как будто находится в воде или сразу упадёт на дно такого контейнера?
Если бы это был камень, имеющий размер макротела (например, 3 см в диаметре), то ответ очевиден. если дело происходит на Земле, то в герметичном вакуумном контейнере такое тело просто упадёт на дно. Но атом - частица более интересная. На этом уровне начинают проявляться закономерности, характерные для квантовой механики.
Поведение квантовой частицы может сильно отличаться от того, которое мы предполагаем увидеть при работе классической физики, к которой мы привыкли в нашем повседневном опыте. Поведение изолированного атома в контейнере зависело бы от его квантового состояния.
Положение отдельного атома можно описать скорее распределением вероятностей, нежели определенным и конкретным местоположением.
Это означает, что нужно взять все возможные места, где может быть атом, и дать им всем вероятность. Забавно и то, что среди вероятных мест положения атома должно присутствовать и положение вне контейнера. Но мы работаем с зонами наибольшей вероятности, а попадание атома в зону вне контейнера наименее вероятно. Поэтому, этим можно смело пренебрегать. В итоге атом локализуется где-то на дне контейнера, что будет наиболее вероятно.
Но происходит это именно благодаря квантовой механике. Тут нельзя проводить аналогию с камнем из начала заметки. Поведение отдельных атомов может быть совершенно непредсказуемым. Даже если распределение вероятностей для положения атома первоначально сосредоточено у дна контейнера, всегда существует конечная вероятность того, что он будет найден в другом месте, если будет измерен позже.
Между тем, даже для одного атома в герметичном контейнере сила гравитации будет играть роль в определении его поведения. Масса атома чрезвычайно мала, поэтому сила гравитации, действующая на атом, тоже незначительна. Если атом находился в движении, то сила гравитации долгое время не сможет на него никак воздействовать. Но когда атом израсходует энергию, гравитационное взаимодействие возьмёт своё.
В итоге гравитация тут - не определяющий фактор, как в примере с камнем, а фактор вспомогательный. Это лишь одно из значений, которое окажется в функции вероятности для определения положения атома. Если материальное тело просто плюхнется на дно, то атом "вероятнее всего" плюхнется на дно через некоторое время. Это принципиальным образом отличает поведение частицы квантового уровня и обычного материального тела.
Получается, что если мы "в лоб" отвечаем на поставленный в заголовке вопрос, то формулировать фразу следует так:
Вероятнее всего атом через некоторое время окажется на дне герметичной вакуумной ёмкости, но есть ненулевая вероятность того, что атом может оказаться в любой точке Вселенной.
Хотя последнее и практически не сказывается на реальной ситуации, так как вероятность очень мала, это нельзя исключать. В этом и есть ключ к пониманию квантовой механики и специфике поведения атома.
🚧🚧🚧
⚡ Подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи!
✅ Подписывайтесь на канал в ДЗЕНе и обязательно возвращайтесь! Обновления выходят регулярно👀
👍 Ставьте лайк материалу, чтобы поддержать проект!