Законы квантового мира совсем иные, чем в нашем макро-мире. Ученые преподносят их настолько не похожими на привычные, что они кажутся какой-то фантастикой. Многое там пришлось объяснить новыми теориями и концепциями. Эти принятые квантовые модели фантастичны для нашего мира, но наука все-равно развивает их и тем самым подчеркивает, что на разных расстояниях законы физики анизотропны (не одинаковы).
Не исключено, что на больших расстояниях они тоже отличаются от расстояний в масштабе земных размеров. Но такое положение дел почему-то не рассматривается, а в астрофизике легче принять всякие темные материи и темные энергии. Зачем понадобилась темная материя в науке – была статья здесь:
Но в этой статье речь пойдет про микромир. Обсудим несколько странных для макромира квантовых моделей.
1. Постулаты Бора
В классической механике круговое движение по орбите является равноускоренным. Электрон тоже движется вокруг ядра. И по законам квантового мира, если у частицы есть ускорение, то она должна испускать фотон. При этом электрон должен терять энергию и падать к ядру. Получается, привычного физического мира не должно существовать.
Что сделали ученые? Они запретили электрону испускать фотоны при движении вокруг ядра постулатом. Появились постулаты Бора.
Первый постулат Бора говорит о следующем: существуют стационарные состояния атома, находясь в которых, атом не излучает энергию, при этом, электроны в атоме движутся с ускорением. Электроны могут находиться только на определенных орбиталях.
Второй постулат Бора (или правило частот) говорит о том, что излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией.
Получается, модель, подогнанная под наблюдения. Но у этих постулатов есть следующие недостатки. Теории Бора не смогла объяснить интенсивность спектральных линий при излучении. Модель работает только для водородоподобных атомов и не работает для атомов, следующих за ним в таблице элементов Менделеева без экспериментальных данных (например, энергии ионизации).
Теория Бора логически противоречива: является ни классической, ни квантовой. В системе двух уравнений, лежащих в её основе, одно уравнение движения электрона - классическое, другое - уравнение квантования орбит - квантовое.
В 20 веке боровская модель атома получила свое развитие в квантовой теории поля.
Т.е. объяснение одних вопросов порождает появление других, которые тоже нужно как-то объяснять. Другой парадоксальной моделью в квантовом мире является следующая модель строения этого мира.
2. Корпускулярно-волновой дуализм
Модель показывает, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других - свойства классических частиц. Парадоксальное свойство материи на квантовом уровне элементарных частиц.
Это поведение частиц было установлено после открытия электрона в опытах по интерференции и дифракции потоков этих элементарных частиц. Они вели себя как частицы, но отклонялись от прямолинейного направления, проходя через дифракционную решетку, огибали препятствие, как свет.
Фотоны света – это вообще классическое проявление корпускулярно-волнового дуализма. Фотон – это волна, состоящая из колебаний электрического и магнитного поля, но эти волны ведут себя в своем объединении как частицы (корпускулы). Чем меньше длина волны – тем больше проявления свойств частицы.
Электромагнитная волна в радиодиапазоне – это тоже фотон, но с большей длиной волны. Причем, есть радиоволны (фотоны) с длиной волны в километры. Это трудно назвать частицей, но по законам квантового мира это так.
Энергия этих частиц-волн поглощается материей - электроны переходят на орбиту дальше от ядра. А при излучении фотонов – понижают орбиталь.
В макро-мире мы привыкли, что волны распространяются в среде. В природе есть продольные волны, есть поперечные волны. Что за волны и в чем они перемещаются в пространстве квантового мира? Простого объяснения вы нигде не найдете.
3. Радиус распространения сильных и слабых взаимодействий
В физике имеется четыре фундаментальные взаимодействия в материи: сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное. Два последних – это взаимодействия макро-мира, а сильное и слабое имеют короткий радиус действия и относятся к квантовому миру.
Сильные взаимодействия проявляется при расстояниях между нуклонами (нейтронами и протонами) внутри ядра – это ядерные силы. Слабое взаимодействие – короткодействующее взаимодействие между элементарными частицами, ответственное за бета-распад атомных ядер и медленные распады других частиц.
У этих взаимодействий есть переносчики. У сильного – это глюоны. Слабое взаимодействие между частицами обеспечивают векторные бозоны. У электромагнитного – фотоны. А у гравитационного переносчик так и не обнаружен.
Странно в этой модели то, что фундаментальные взаимодействия в материи имеют такие разные радиусы действия. Одни проявляют себя только на уровне ядра. Другие могут простираться в масштабах звездных систем и галактик. Но источник и тех и других – элементарные частицы.
4. Элементарные частицы, состоящие из еще более мелких частиц
В ядерной физике известно, что нуклоны (нейтроны и протоны) состоят еще из более мелких частиц – кварков. Протоны состоят из трех кварков: двух восходящих и одного нисходящего.
Наш разум и понятийный аппарат воспринимает частицу квантового мира как шарик. Т.е. протон или нейтрон – это всего лишь композиция из трех шариков. А из чего состоят кварки? Считается, что далее материя уже не делится. Кварк – это бесструктурная элементарная частица и фундаментальная составляющая материи. Но теоретически же они внутри себя имеют что-то. Поле, например.
5. Что такое заряд?
В квантовом мире многие частицы имеют заряд. Положительный или отрицательный. Это свойство дает им возможность притягиваться или отталкиваться через электрическое поле. В динамике заряды могут проявлять электромагнитные явления, но в состоянии покоя чем является это электрическое поле?
Электрический заряд - количественная характеристика, показывающая степень возможного участия тела в электромагнитных взаимодействиях. Вот и все объяснение. Либо, что поле заряда – это особая форма материи.
Масса электрона и протона отличается на порядки, а заряд одинаковый, что странно. Но есть в квантовом мире и более противоречивые и фантастические модели.
5. Квантовая запутанность и квантовая неопределенность
Явление квантовой запутанности заключается в том, что при взаимодействии двух субатомных частиц, они приобретают взаимосвязанные свойства - их скорость, положение и другие характеристики становятся взаимозависимыми из-за каких-то неизвестных науке процессов или взаимодействий. Такие частицы могут мгновенно влиять друг на друга, даже если между ними огромное расстояние.
Квантовая неопределенность стала следствие из опыта Томаса Юнга. Когда он в своем опыте следил за потоком электронов. Те вели себя как частицы, но, если наблюдение в этот момент не велось, электроны вели себя как волны, а экран фиксировал их интерференцию. Будут вести электроны себя как частицы или как волны – зависит от наблюдения.
Сталкиваясь с принципом неопределенности, физики понимают, что просто не в состоянии с точностью определить местоположение частиц из-за их волновых свойств. Корпускулярно-волновой дуализм проявил новую загадку.
Существует в квантовом мире еще и принцип квантового туннелирования. Неизвестный механизм позволяет частице заимствовать энергию как-бы из будущего (или из вакуума), чтобы преодолеть барьер, а затем возвращать ее обратно. Сумма энергий до и после та же, а сам электрон уже находится по другую сторону стены. Похоже на телепортирование.
Возможное объяснением всем этим странным явлениям в квантовом мире может звучать так: существуют все варианты развития событий одновременно, только в параллельных измерениях нашей реальности. Это может звучать для нас странным, но микромир существует именно так. Это значит, что существуют бесконечное число Вселенных со всеми возможными исходами всех событий. Получается, это может распространяться и на макро-мир.
P.S. Это далеко не все противоречия и парадоксы квантового мира. Считаю, что они возникли по той причине, что мы изначально неправильно воспринимаем этот квантовый мир. Возможно, все там иначе. Представьте, нет никакой материи, есть только волновые процессы – Вселенная состоит из бесконечного числа частот волновых процессов.. Частица материи – это замкнутая сама на себя стоячая волна с определенной частотой или набором частот.
В одних случая частотное состояние отталкивает частицы, в других – притягивает. Это и есть заряд. Это объясняет явления, как свет с одной частотой может проходить через плотные среды, а с другой - нет. Частоты не взаимодействуют, фотоны не поглощаются в одном случае, но поглощаются при другой частоте.
Частицы - волновые тороиды. Какие-то стабильны, другие быстро распадаются. Нет никаких сотен элементарных частиц. Есть множество частотных состояний частиц или набора замкнутых на себя гармоник частот. А вот волны или колебания чего происходит в пространстве – это еще предстоит выяснить.
Данная волновая концепция строения материи – не мои мысли. Она может объяснить многие противоречия в науке, в частности, в квантовой физике.
