25 сентября, 2014

Что почитать по квантовой физике.


В книге «Физика будущего» описаны потрясающие открытия, которые можно будет дождаться в ближайшие сто лет. И многие из этих изобретений основаны на законах квантовой физики. Я поймал себя на мысли, что из квантовой физики не знаю практически ничего. По-этому решил поискать хорошую книгу, которая бы доступным языком объяснила мне основные положения данной теории. В итоге я нашел целых две.

Возможно я нашел не самые лучшие книги, но совершенно точно — понятные, даже если из курса физики вы помните только каким цветом был ваш учебник.


Ричард Фейнман «КЭД — странная теория света и вещества».

Знакомство с квантовой физикой рекомендую начать с книги Ричарда Фейнмана «КЭД — странная теория света и вещества». Возможно это мечта любого школьника, здесь нет ни одной формулы, зато много картинок :)

Вся книга состоит всего из четырех лекций, главы так и называются: лекция 1, 2, 3, 4. Как и положено хорошему учебнику, в первой лекции вы узнаете откуда возникла потребность в квантовой физике. Примерно в 1900 году была создана теория, которая гласила, что внутри атомов находятся еще меньшие заряженные частицы. Развитие этой теории привело к тому, что электроны в атоме движутся вокруг тяжелой частице и движение этих электронов было невозможно описать существующими законами физики, при помощи которых Ньютон рассчитывал движение Земли вокруг Солнца.

В результате в 1926 году была создана очередная теория, которая объясняла движение электронов. Ее и назвали квантовой механикой… и да, в то время она выглядела полным бредом. Однако она прекрасно объясняла всю химию и свойства веществ (так что на самом деле теоретическая химия — это раздел физики), но не могла объяснить взаимодействие света и вещества.

И вот, наконец, в 1929 году была разработана новая теория — квантовая теория взаимодействия света и вещества, получившая страшное название «квантовая электродинамика».

Стоит отметить, что по ходу книги автор язвительно иронизирует над способностью физиков придумывать ужасающие названия новым теориям и новым частицам. Возможно именно из-за этих шуточек, книгу не так страшно читать, как кажется ))) Иронию автора можно простить, ведь именно он считается одним из сооснователей квантовой электродинамики.

Говоря простым языком, вся книга посвящена объяснению взаимодействия частиц света (фотоны) с электронами. Первое открытие, которое вам суждено совершить — это:

Свет существует именно в виде частиц — это очень важно знать. Это особенно важно знать тем из вас, кто ходил в школу, где, возможно, что-то говорили о волновой природе света. Я говорю вам, как он на самом деле ведет себя — как частицы.

Причем частицы (фотоны) красного цвета, отличаются от частиц любого другого цвета, но в рамках одного - они одинаковые. Удивительно и то, что глазу достаточно всего 5-6 фотонов, для активации глазного нерва.

Как только вы узнали, почему свет состоит из частиц, вас ждет другое удивление. Все мы знаме, что когда светишь фонариком в окно, то часть света отражается обратно в комнату… это называется частичным отражением света. Грубо говоря физики установили, что из 100 частиц света, 4 частицы будут отражены стеклом. Величайшая загадка в том, что никто не знает как именно эти 4 фотона узнают, что им нужно отразиться от стекла, а не пройти его насковзь. Данное значение вычислено эмпирически.

Всю вторую лекции Фейман объясняет как считать вероятности движения частиц света. Звучит страшно, но на самом деле вам нужно будет научиться лишь строить стрелочки определенной длинны и соединять их вместе. Кстати, именно в этой лекции вас ждет очередное открытие: угол падения света не равен углу отражения, частицы света распространяются как угодно в пространстве, но… вот про это «но» и рассказано в этой главе и почему мы считаем, что угол падения равен углу отражения. Это забавно, поверьте.

В третье главе начинаются настоящие чудеса… собственно эксперименты с взаимодействием электронов и фотонов. Самое удивительно открытие этой главы: частицы, которые движутся вспять во времени, как они пропадают в одной точке пространства и появляются в другой!

В четвертой главе автор расширяет вашу картину мира. Здесь вам предстоит разобрать по частям атом. Возможно из школы вы смутно помните, что атомы состоят из электронов вращающихся во круг ядра атома… а самые умные вспомнят, что ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а из чего состоят они ? Это уже серьезная задачка, ученые обнаружили более четырех сот элементарных частиц из которых состоят ядра атомов. Это слишком много и даже выходит за рамки квантовой электродинамики. Собственно после открития такого безумного числа частиц в 1970ых годах была разработана новая теория — квантовая хромодинамика. Именно этому разделу и посвящена четвертая лекция.

Виталий Шелест «Осколки».

И именно о квантовой хромодинамике и рассказывает следующая, уже советская книга Виталия Шелеста «Осколки». В ней так же нет ни одной формулы и советские издатели пошли дальше, к схемам они добавили комиксы. Серьезно, квантовая хромодинамика сопроваждается комиксами. Элементарные частицы здесь представлены в виде всяких драконов, шутов и прочей нежети… Клянусь в ней есть даже изображения чертей и Бабы-Ягы ))) Думаю теперь вам будет совсем не страшно ее читать.

Однако пусть комиксы не введут вас в заблуждение. Шутки шутками, но мне без википедии книгу было сложно читать, слишком часто автор вводит названия новых элементарных частиц. Видимо во времена СССР их знал каждый школьник, а мне было сложно. Именно по этой причине я советую сначала прочитать 4 главу в книги Фейнмана (да,  чтобы понять 4 главу, нужно прочитать первые три - я серьезно).

Следующая уникальность книги в том, что она построена в форме диалога… эмм диалога со всеми известными учеными. Задумка такая, вы находитесь в гостях у сэра Генри Кавендиша и вроде как к нему в гости приходят потеоретизировать на тему хромодинамики разные ученые из совершенно различных эпох. Вообще задумка на столько сумасшедшая, что это сложно словами передать. Т.е. как бы у него в гостях соверемнные ученые делятся открытиями с античными учеными, и вся проблема в том, что античные ученые ничего не смыслят в наших заумных словах и они им объясняют чуть ли не на пальцах, дабы они и вы, дорогой читатель, смогли понять. А еще там в одном месте ловко процитировали Ленина, обосновывая возможность теоретизировать физические законы и не скатиться в фантастику.

В этих двух книгах сразу чувствует различе в подходе. У Фейнмана все четко, по полочкам и с юмором. А в нашей книге юмора больше, но чертовски много различных философствовании на отвлеченные темы и разбирание смысла отдельных слов. К тому же книга в форме теоретического диалога… Что лучше? А это уже зависит от точки зрения. В первой книге вы узнаете только о квантовой электродинамике, а во второй - о квантовой хромодинамике, о десятке мыслителей и изобретателей (о существовании того же Кавендиша до этой книги я даже не догадывался), а так же еще прокачаете себя в области философии.

В любом случае, во второй книге есть упоминания теорий Фейнмана и они прекрасно дополняют друг друга. Если есть желание разобраться в квантовой физике, то я рекомендую прочитать их обе: сначала Фейнмана, потом — Шелеста.

Купить книгу «КЭД — странная теория света и вещества» на Озоне.
Купить книгу «Осколки» на Озоне.


п.с. Выражаю благодарность Анатолию Гину за помощь в выборе книг.

Чернов Дмитрий© chernov.pro




Комментариев нет:

Отправить комментарий