Перевод: Сергеев А.
Жанр: наука
Описание: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 поймём 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 всё дело — в квантовой физике. Эта книга представляет (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 учёных с яркими и наглядными примерами из повседневной жизни.
Издание: 2015 г.
Полный текст книги (читать онлайн)
Скачать эту книгу в формате: fb2 3m, epub 3m, mobi 3m, txt, html
скрыть содержание
- М. Файер. Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир
-
Предисловие
-
1. Кот Шрёдингера
-
Кот Шрёдингера
-
Не так, как при бросании монеты
-
Реальные явления могут вести себя подобно шрёдингеровским котам
-
2. Размер абсолютен
-
Размер в повседневной жизни
-
Метод наблюдения имеет значение
-
Большое или малое — это величина возмущений
-
Причинность для больших объектов
-
Возмущения, которыми нельзя пренебречь, — это важно
-
Возмущение есть всегда
-
Нельзя рассчитать будущее — только вероятности
-
3. Кое-что о волнах
-
Что такое волны?
-
Волны характеризуются скоростью и частотой
-
Океанские волны
-
Звуковые волны
-
Классические световые волны
-
Видимый свет
-
Сложение волн — интерференция
-
Интерференционные картины и оптический интерферометр
-
4. Фотоэлектрический эффект и объяснение Эйнштейна
-
Фотоэлектрический эффект
-
Волновая модель не работает
-
Эйнштейн даёт объяснение
-
Красный свет выбивает более медленные электроны, чем голубой
-
Очень красный свет не выбивает электронов
-
С какой скоростью вылетает электрон
-
5. Свет: волны или частицы?
-
Классическое описание интерференции не годится для фотонов
-
Новое описание фотонов в интерферометре
-
Фотон интерферирует сам с собой
-
Фотон может находиться в двух местах сразу
-
Наблюдение вызывает непренебрежимо малое возмущение, приводящее к изменению состояния
-
Возвращаемся к котам Шрёдингера
-
Возвращаемся к фотоэлектрическому эффекту
-
6. Размеры фотона и принцип неопределённости Гейзенберга
-
Частицы имеют длину волны
-
Как выглядит волновая функция свободной частицы
-
Частица с хорошо определённым импульсом размазана по всему пространству
-
Интерференция волн разной длины
-
Принцип суперпозиции
-
Собственные состояния
-
Суперпозиция волн амплитуды вероятности импульсных собственных состояний
-
Импульс свободной частицы в состоянии суперпозиции
-
Импульс частицы в состоянии суперпозиции определён не вполне чётко
-
Где находится частица, когда она пребывает в состоянии суперпозиции по импульсу?
-
Волновые пакеты
-
Разброс по импульсу и координате
-
Принцип неопределённости Гейзенберга
-
7. Фотоны, электроны и бейсбольные мячи
-
Волны или частицы?
-
Дифракция света
-
Дифракция света демонстрирует волновую природу фотонов
-
Электроны в кинескопе ведут себя как снаряды
-
При дифракции электроны ведут себя как волны
-
Электроны и фотоны — это частицы и волны, а бейсбольные мячи — это лишь частицы
-
8. Квантовый ракетбол и цвет фруктов
-
Частица в ящике — классический случай
-
Частица в ящике — квантовый случай
-
Значения энергии квантовой частицы в ящике
-
Волновая функция должна иметь нулевое значение у стенок
-
Узлы — это точки, где волновая функция проходит через ноль
-
Значения энергии квантуются
-
Дискретный набор энергетических уровней
-
Связь результатов для частицы в ящике с реальными системами
-
Молекулы поглощают свет определённых цветов
-
Цвет фруктов
-
9. Атом водорода: история
-
Тёмные линии в солнечном спектре
-
Спектральные линии водорода
-
Боровская теория атома водорода (не вполне совершенная)
-
10. Атом водорода: квантовая теория
-
Уравнение Шрёдингера
-
Что уравнение Шрёдингера говорит нам о водороде
-
Четыре квантовых числа
-
Энергетические уровни атома водорода
-
s- орбитали атома водорода
-
Пространственное распределение s-орбиталей
-
Функция радиального распределения
-
Формы p-орбиталей
-
Формы d-орбиталей
-
11. Многоэлектронные атомы и Периодическая таблица элементов
-
Водород — особый
-
Формы орбиталей важны для атомов крупнее водорода
-
Энергетические уровни многоэлектронного атома
-
Три правила заполнения энергетических уровней электронами
-
Правило 1: принцип запрета Паули
-
Правило 2: сначала наименьшая энергия, но без нарушения принципа Паули
-
Правило 3 (правило Хунда): спины не спариваются, если это возможно без нарушения правил 1 и 2
-
Периодическая таблица элементов
-
Структура Периодической таблицы
-
Конфигурации с замкнутыми оболочками
-
Атомы стремятся образовывать конфигурации с замкнутыми оболочками
-
Свойства атомов
-
При движении сверху вниз по столбцам атомы становятся крупнее
-
При движении слева направо по строкам атомы становятся меньше
-
Первый ряд переходных металлов
-
Более крупные атомы и лантаноиды с актиноидами
-
Большинство элементов — металлы
-
12. Молекула водорода и ковалентная связь
-
Два атома водорода, находящихся далеко друг от друга
-
Два атома водорода сближаются
-
Приближение Борна-Оппенгеймера
-
Длина химической связи — это расстояние, которое обеспечивает наименьшую энергию
-
Образование связывающих молекулярных орбиталей
-
Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали
-
Расселение электронов по молекулярным орбиталям
-
Молекула водорода есть, а молекулы гелия нет
-
13. Что удерживает атомы вместе: двухатомные молекулы
-
Сигма-орбитали молекул
-
Молекулярные пи-орбитали
-
Связи в двухатомных молекулах: молекула фтора
-
Молекулы неона не существует
-
Молекула кислорода: правило Хунда имеет значение
-
Молекула азота
-
Одиночные, двойные и тройные связи
-
Гетеронуклеарные двухатомные молекулы
-
Визуальные модели молекул
-
14. Более крупные молекулы: формы многоатомных молекул
-
Формы молекул: тетраэдрический метан
-
Форма определяется минимизацией отталкивания между связями
-
Неподелённые пары тоже имеют значение
-
Молекулы треугольной формы
-
Переходящие электроны
-
Гибридные атомные орбитали: линейные молекулы
-
Гибридные атомные орбитали: треугольные молекулы
-
Гибридные атомные орбитали: тетраэдрические молекулы
-
Углеводороды с одиночной связью
-
Большие углеводороды имеют множество структур
-
Двойные и тройные углерод-углеродные связи
-
Двойная углерод-углеродная связь — этилен
-
Тройная углерод-углеродная связь — ацетилен
-
15. Пиво и мыло
-
Спирты
-
При комнатной температуре этанол жидкий, а не газообразный
-
Вода образует водородные связи
-
Вода — великий растворитель
-
Этанол участвует в химических реакциях с кислородом
-
Метанол крайне ядовит
-
Мыло
-
Крупные углеводороды — это масло и жир
-
Крупные углеводороды могут иметь много разных структур
-
Нефтепродукты и вода не смешиваются
-
Строение молекул мыла
-
В воде мыло образует мицеллы
-
Мыло растворяет жирные загрязнения
-
16. В жирах важны двойные связи
-
Из чего состоят жировые молекулы?
-
Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты
-
Формы жировых молекул
-
Насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты
-
Важность двойных связей в жирных кислотах
-
Химически модифицированные жирные кислоты
-
Частично гидрогенизированные и гидрогенизированные жиры
-
Гидрогенизация жиров
-
Читайте этикетки
-
Транс-жиры
-
Природа производит цис-жиры, а химическая обработка — транс-жиры
-
Транс-жиры могут быть опасны
-
Когда ноль — это ноль
-
Омега-3 жирные кислоты
-
Триглицериды
-
Холестерин
-
Вопреки общему мнению, холестерин полезен
-
Проблема с холестерином
-
17. Парниковые газы
-
Углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива
-
Горение метана: природный газ
-
Что такое парниковый газ?
-
При сжигании ископаемого топлива выделяется углекислый газ
-
Выделяемая энергия и количество углекислого газа
-
Сжигание реального ископаемого топлива
-
Реальное количество углекислого газа, выделяемого при производстве электричества
-
Углекислый газ является парниковым в силу квантовых эффектов
-
Почему углекислый газ так важен?
-
Почему углекислый газ поглощает именно в этой области?
-
Колебательные моды углекислого газа
-
Квантовые колебания обладают дискретными уровнями энергии
-
Энергия квантовых колебаний
-
Парниковый эффект CO 2 является кванотовомеханическим
-
18. Ароматические молекулы
-
Бензол: классический ароматический углеводород
-
Где находятся двойные связи?
-
Делокализация пи-связей
-
Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали
-
Углерод-углеродная связь порядка 1,5
-
Бензольные делокализованные молекулярные пи-орбитали
-
Поглощение света ароматическими соединениями
-
Нафталин с позиций задачи о частице в ящике
-
19. Металлы, изоляторы и полупроводники
- Металлы
-
Делокализация молекулярных орбиталей в металлах
-
Кусок металла содержит огромное количество энергетических уровней МО, называемое зоной
-
Расселение электронов
-
Уровень Ферми
-
Как электроны движутся сквозь металл
- Диэлектрики
-
Диэлектрики не проводят ток вследствие заполненности зоны
-
В диэлектриках широкая запрещённая зона
- Полупроводники
-
В полупроводниках запрещённая зона небольшая
-
Тепловая энергия влияет на электропроводность металлов
-
Фононы — вибрации твёрдого тела
-
Электронные и фононные волновые пакеты взаимно рассеиваются
-
Электрон-фононное рассеяние приводит к нагреванию металла
-
Сверхпроводимость
-
20. Квантовое мышление
-
Опыт учит нас понимать классический мир
-
Понимание того, что мы видим вокруг себя, требует некоторого знания квантовой механики
-
Энергетические уровни и цвета связаны с волновой природой частиц
-
Квантовые механизмы скрепляют атомы между собой и определяют форму молекул
-
Углекислый газ является парниковым в силу квантовых эффектов
-
Электрический нагрев — квантовое явление
-
Абсолютно малое
- Глоссарий
-
Абсолютный размер
-
Ангстрем
-
Анион
-
Атомная орбиталь
-
Атомный номер
-
Вектор
-
Возбуждённое состояние
-
Волна амплитуды вероятности
-
Волновая функция
-
Волновой пакет
-
Гибридные атомные орбитали
-
Двойная связь
-
Деструктивная интерференция
-
Джоуль
-
Длина волны де Бройля
-
Длина волны
-
Допущение Дирака
-
Замкнутая конфигурация электронной оболочки
-
Импульсное собственное состояние
-
Инертные газы (благородные газы)
-
Интерпретация Борна
-
Интерференция волн
-
Катион
-
Квантованные энергетические уровни
-
Квантовое число
-
Кинетическая энергия
-
Классическая механика
-
Классические волны
-
Ковалентная связь
-
Коллапс волновой функции
-
Конструктивная интерференция
-
Кулоновское взаимодействие
-
Молекулярная орбиталь
-
Нанометр
-
Неподелённая пара
-
Одиночная связь
-
Оптический переход
-
Орбиталь
-
Основное состояние
-
Поглощение света
-
Постоянная Планка
-
Потенциальная яма
-
Принцип запрета Паули
-
Принцип неопределённости Гейзенберга
-
Принцип суперпозиции
-
Пространственное распределение вероятности
-
Протон
-
Размер абсолютный
-
Размер относительный
-
Световой квант
-
Свободная частица
-
Собственное состояние
-
Спектроскопия
-
Тройная связь
-
Углеводороды
-
Узел
-
Уравнение Шрёдингера
-
Фаза
-
Формула Ридберга
- Фотон
-
Фотоэлектрический эффект
-
Функция радиального распределения
-
Частица в ящике
-
Частота
-
Электромагнитная волна
-
Электрон
-
Энергетические уровни
-
Комментарии
Комментарии