Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир

Изображение: 
Русский

Авторы:

О книге: 

Физика — это сложнейшая комплексная наука, она насколько сложна, настолько и увлекательна. Если отбросить математическую составляющую, физика сразу становится доступной любому человеку, обладающему любопытством и воображением. Мы легко поймем концепцию теории гравитации, обойдясь без сложных математических уравнений. Поэтому всем, кто задумывается о том, что делает ягоды черники синими, а клубники — красными; кто сомневается, что звук распространяется в виде волн; кто интересуется, почему поведение света так отличается от любого другого явления во Вселенной, нужно понять, что все дело — в квантовой физике.
Эта книга презентует (и демистифицирует) для обычных людей волшебный мир квантовой науки, как ни одна другая книга. Она рассказывает о базовых научных понятиях, от световых частиц до состояний материи и причинах негативного влияния парниковых газов, раскрывая каждую тему без использования специфической научной терминологии — примерами из обычной повседневной жизни. Безусловно, книга по квантовой физике не может обойтись без минимального набора формул и уравнений, но это необходимый минимум, понятный большинству читателей. По мнению автора, книга, популяризирующая науку, должна быть доступной, но не опускаться до уровня читателя, а поднимать и развивать его интеллект и общий культурный уровень.
Написанная в лучших традициях Стивена Хокинга и Льюиса Томаса, книга популяризирует увлекательные открытия из области квантовой физики и химии, сочетая представления и суждения современных ученых с яркими и наглядными примерами из повседневной жизни.

Содержание: 

Содержание
Предисловие. 11
1. Кот Шрёдингера. 14
Кот Шрёдингера. 16
Не так, как при бросании монеты. 19
Реальные явления могут вести себя подобно шрёдингеровским котам. 19
2. Размер абсолютен. 21
Размер в повседневной жизни. 22
Метод наблюдения имеет значение. 24
Большое или малое — это величина возмущений. 26
Причинность для больших объектов. 26
Возмущения, которыми нельзя пренебречь, —
это важно. 29
Возмущение есть всегда. 30
Нельзя рассчитать будущее — только вероятности. 32
3. Кое-что о волнах. 34
Что такое волны?. 34
Волны характеризуются скоростью и частотой. . 35
Океанские волны. 37
Звуковые волны. 37
Классические световые волны. 38
Видимый свет. 40
Сложение волн — интерференция. 41
Интерференционные картины и оптический интерферометр. 434.    Фотоэлектрический эффект и объяснение Эйнштейна. 49
Фотоэлектрический эффект . 49
Волновая модель не работает. 50
Эйнштейн дает объяснение. 52
Красный свет выбивает более медленные электроны, .
чем голубой. 54
Очень красный свет не выбивает электронов. 56
С какой скоростью вылетает электрон. 57
5.    Свет: волны или частицы?. 59
Классическое описание интерференции не годится для
фотонов. 60
Новое описание фотонов в интерферометре. 63
Фотон интерферирует сам с собой. 65
Фотон может находиться в двух местах сразу. 65
Наблюдение вызывает непренебрежимо малое
возмущение, приводящее к изменению состояния . 66
Возвращаемся к котам Шрёдингера. 67
Возвращаемся к фотоэлектрическому эффекту. 69
6.    Размеры фотона и принцип неопределенности .
Гейзенберга. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70
Частицы имеют длину волны . 71
Как выглядит волновая функция свободной частицы. 72
Частица с хорошо определенным импульсом размазана .
по всему пространству. 73
Интерференция волн разной длины. 75
Принцип суперпозиции. 78
Импульс частицы в состоянии суперпозиции определен .
не вполне четко . 82
Где находится частица, когда она пребывает .
в состоянии суперпозиции по импульсу?. 83
Принцип неопределенности Гейзенберга. 88
7.    Фотоны, электроны и бейсбольные мячи. 92
Волны или частицы?. 92
Дифракция света . 93
Электроны в кинескопе ведут себя как снаряды . 97
Электроны и фотоны — это частицы и волны, .
а бейсбольные мячи — это лишь частицы . 1048.    Квантовый ракетбол и цвет фруктов . 107
Частица в ящике — классический случай. 109
Частица в ящике — квантовый случай. . . . . . . . . . . . . .112
Значения энергии квантовой частицы в ящике. 113
Связь результатов для частицы в ящике с реальными
системами. 122
9.    Атом водорода: история. 128
Спектр солнечного чернотельного излучения . 130
Боровская теория атома водорода .
(не вполне совершенная). 136
10.    Атом водорода: квантовая теория. 139
Уравнение Шрёдингера. 139
Что уравнение Шрёдингера говорит нам о водороде. 140
Четыре квантовых числа. 142
Энергетические уровни атома водорода. 144
s-орбитали атома водорода . 146
Пространственное распределение s-орбиталей . 148
Функция радиального распределения . 151
Формы p-орбиталей. 155
Формы d-орбиталей. 157
11.    Многоэлектронные атомы и Периодическая таблица
элементов. 160
Водород — особый . 161
Формы орбиталей важны для атомов крупнее .
водорода. 162
Энергетические уровни многоэлектронного атома . 163
Три правила заполнения энергетических уровней
электронами. 164
Периодическая таблица элементов. 168
Большинство элементов — металлы. 185
12.    Молекула водорода и ковалентная связь. 188
Два атома водорода, находящихся далеко друг .
от друга. 189
Два атома водорода сближаются. 189
Приближение Борна — Оппенгеймера. 190
Образование связывающих молекулярных .
орбиталей. 194Связывающие и разрыхляющие молекулярные .
орбитали. 196
Расселение электронов по молекулярным орбиталям. 198
Молекула водорода есть, а молекулы гелия нет. 199
13.    Что удерживает атомы вместе: двухатомные молекулы. 206
Сигма-связи (σ) и пи-связи (π). 207
Сигма-орбитали молекул. 209
Молекулярные пи-орбитали. 211
Связи в двухатомных молекулах: молекула фтора. 212
Молекулы неона не существует. 217
Молекула кислорода: правило Хунда имеет значение. 217
Молекула азота. 221
Одиночные, двойные и тройные связи. 221
Гетеронуклеарные двухатомные молекулы. 224
Визуальные модели молекул. 229
14.    Более крупные молекулы: формы многоатомных .
молекул. 231
Формы молекул: тетраэдрический метан. 232
Переходящие электроны. 237
Гибридные атомные орбитали: линейные молекулы. 239
Гибридные атомные орбитали: треугольные .
молекулы . 243
Гибридные атомные орбитали: тетраэдрические .
молекулы . 244
Углеводороды с одиночной связью. 247
Большие углеводороды имеют множество структур. 251
Двойные и тройные углерод-углеродные связи. 254
15.    Пиво и мыло. 259
Спирты. 259
При комнатной температуре этанол жидкий, .
а не газообразный. 261
Вода образует водородные связи. 264
Вода — великий растворитель . 267
Этанол участвует в химических реакциях .
с кислородом. 267
Метанол крайне ядовит. 270
Мыло. 272Крупные углеводороды — это масло и жир . 272
Крупные углеводороды могут иметь много разных
структур. 274
Нефтепродукты и вода не смешиваются. 275
Строение молекул мыла. 275
16.    В жирах важны двойные связи. 280
Из чего состоят жировые молекулы?. 280
Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты . 282
Формы жировых молекул. 283
Насыщенные, мононенасыщенные .
и полиненасыщенные жирные кислоты. 284
Важность двойных связей в жирных кислотах. 285
Химически модифицированные жирные кислоты . 286
Частично гидрогенизированные .
и гидрогенизированные жиры . 287
Гидрогенизация жиров . 288
Читайте этикетки. 289
Транс-жиры . 289
Природа производит цис-жиры, а химическая
обработка — транс-жиры. 292
Транс-жиры могут быть опасны. 293
Когда ноль — это ноль. 294
Омега-3 жирные кислоты . 295
Триглицериды . 297
Холестерин. 298
Вопреки общему мнению, холестерин полезен . 300
Проблема с холестерином . 302
17.    Парниковые газы. 304
Углекислый газ, образующийся при сжигании
ископаемого топлива. 304
Горение метана: природный газ . 305
Что такое парниковый газ?. 306
При сжигании ископаемого топлива выделяется
углекислый газ. 308
Углекислый газ является парниковым в силу .
квантовых эффектов . 312
Чернотельный спектр Земли. 313Парниковый эффект CO2 является
кванотовомеханическим. 322
18.    Ароматические молекулы. 323
Бензол: классический ароматический углеводород. 324
Бензольные делокализованные молекулярные .
пи-орбитали . 330
Нафталин с позиций задачи о частице в ящике. 335
19.    Металлы, изоляторы и полупроводники . 337
Металлы. 338
Диэлектрики . 345
Полупроводники . 348
Сверхпроводимость . 354
20.    Квантовое мышление. 357
Опыт учит нас понимать классический мир. 358
Понимание того, что мы видим вокруг себя, требует
некоторого знания квантовой механики . 359
Энергетические уровни и цвета связаны с волновой
природой частиц. 360
Квантовые механизмы скрепляют атомы между собой .
и определяют форму молекул. 362
Углекислый газ является парниковым в силу .
квантовых эффектов . 363
Очень горячие объекты испускают видимое .
чернотельное излучение . 366
Электрический нагрев — квантовое явление. 366
Абсолютно малое. 369
Глоссарий. 371

Комментировать