Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов - Чад Орцель
Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов читать книгу онлайн
Великолепная книга, погружающая нас в невероятный мир квантовой физики. Автор показывает, что «физика – везде, в каждой вещи, и никто не может объяснить физику лучше, чем Чад Орцель». Обыкновенный мир вокруг нас полон странных и загадочных явлений, и это объясняет физика. Орцель искусно выявляет и делает понятным самые сложные ее законы.
Эта книга обязательна для чтения каждому, кто хочет объяснить себе принципы работы окружающего нас мира.
94
Слово «повторитель» тоже возможно, поскольку это точная калька слова «ретранслятор», но термин «ретранслятор» наиболее широко принят в инженерной среде относительно любых усилителей сигнала в кабельных сетях различных типов. – Прим. пер.
95
Можно представить сердцевину дерева и кору – разные по плотности и структуре, но из одного материала, так и фибер-оптика: «сердцевина» из одного типа стекла, «кора» – из другого. – Прим. пер.
96
Здесь используется принцип полного внутреннего отражения света от границ разных сред при углах меньше определенных для данных сред. Стекла с разным показателем преломления могут считаться такими разными средами, поэтому свет, «ударяясь» о границу между разными типами стекла, полностью отражается и не выходит наружу, т. е. распространяется без потерь. Для этого свет должен всегда «падать» на границу в пределах так называемого угла полного отражения. Это достигается конструктивно за счет соотношения диаметра «сердцевины» и коры. При этом плотность «сердцевины» всегда должна быть больше плотности «коры» или «обкладки». Закон открыл голландский физик Виллеброрд Снеллиус, но не обнародовал его, затем французский философ и математик Рене Декарт, обнаруживший его записи, опубликовал их в своих «Началах философии». – Прим. пер.
97
В российской терминологии применяются два обозначения: ОТО – общая теория относительности и СТО – специальная теория относительности. – Прим. пер.
98
Г р о с с м а н, Марсель (1878–1936) – швейцарский математик, друг А. Эйнштейна и соавтор его первых работ по общей теории относительности. – Прим. ред.
99
Г и л б е р т, Дэвид (1862–1943) – немецкий математик-универсал, был признанным мировым лидером математики своего времени. – Прим. ред.
100
Автор здесь не употребляет слова «простая» по отношению к модели, но из контекста термин basic имеет двойной смысл: настолько базовая, что простая. – Прим. пер.
101
Четвертая возможная ситуация могла бы рассматривать один низкоэнергетический атом, спонтанно изменяющий состояние в отсутствие света, однако это невозможно, поскольку нарушает закон сохранения энергии. – Прим. авт.
102
Применяются термины «вынужденное» или «индуцированное» излучение для этого процесса в российской терминологии. – Прим. пер.
103
В то время как идея, что атомы должны спонтанно излучать свет и переходить на нижние уровни состояний, уже достаточно хорошо укоренилась, но оказалось, что эти процессы очень трудно и непросто объяснить математически. Полное понимание того, почему происходит спонтанное излучение, требует полной теории квантовой механики. Если говорить упрощенно, излучение запускается энергией, существующей в пустом пространстве. Это не было объяснено еще в течение пары десятков лет. Эйнштейн попросту взял спонтанное излучение света из возбужденных атомов как эмпирический факт. – Прим. авт.
104
Такой метод остановки качелей гораздо менее популярен с настоящими детьми на настоящих качелях, чем как мысленный эксперимент. – Прим. авт.
105
К о м n т о н, Артур Холли (1892–1962) – американский физик, лауреат Нобелевской премии (1927). – Прим. ред.
106
Последующие работы показали, что возможно объяснить эффект Комптона с помощью наполовину классической модели света как волны, но картина фотона при этом будет гораздо проще. Существование фотонов как реальных частиц было неопровержимо показано в эксперименте 1977 года, у которого нет классических аналогов. – Прим. авт.
107
В 1997 году Нобелевскую премию по физике получили Стивен Чу из Стэнфорда (позже он работал секретарем по энергетике в администрации Обамы), Клод Коэн-Таннуджи из Высшей нормальной школы в Париже и Уильям Филипс из Национального института стандартов и технологии в Мэрилэнде, куратор по моей докторской диссертации. – Прим. авт.
108
Эта зависимость не абсолютна, так как есть и другие эффекты, которые могут привести к очень длительному времени существования даже для состояний, при которых излучается видимый свет. Но, опять-таки, полное объяснение времени жизни состояний частицы стало возможным только после того, как была создана полная квантовая механика. – Прим. авт.
109
Т а у н с, Чарлз Хард (1915–2015) – американский физик, лауреат Нобелевской премии (1964). – Прим. ред.
110
Л э м б, Уильям Юджин (1913–2008) – американский физик, лауреат Нобелевской премии (1955). – Прим. ред.
111
Не путать с Эрнестом Резерфордом – его фамилия была переведена на русский еще в начале века и традиционно так и переводится. Для русской фонетики обе фамилии невозможно правильно произнести. – Прим. пер.
112
QED – Quantum ElectroDynamics – аббревиатура, принятая для этой отрасли квантовой физики. – Прим. пер.
113
QED – слегка экзотична, чтобы сильно влиять на нашу повседневную жизнь, поэтому мы не будем говорить о ней здесь подробно. Вы можете узнать чуть больше в моей книге How to Toach Quantum Phisics in Your Dog, и гораздо больше из книги: QED: The Strange Theory of Light and Matter by Richard Feynman. – Прим. авт.
114
Важно отметить, что это не равновесное состояние. Поддержание инверсии популяционных населенностей требует постоянной подкачки энергии из какого-то другого источника (в первоначальном мазере Таунса на аммиаке это был источник молекулярного потока), без инверсии работа мазера быстро бы прекратилась, и система бы пришла в равновесное распределение с большинством атомов в низкоэнергетическом состоянии с излучением черного тела при умеренной температуре. – Прим. авт.
115
Ш а в л о в, Артур Леонард (1921–1999) – американский физик, лауреат Нобелевской премии (1981). – Прим. ред.
116
Эта страничка из записной книжки Гула сыграла ключевую роль в судебном процессе, который в конце концов закрепил патенты за ним по ряду существенных лазерных технологий. В интересах более полного изложения я должен заметить, что Гулд был учащимся Юнион-колледжа, где я преподаю, и отделение физики и астрономии имеет специальное кресло в его честь. – Прим. авт.
117
Инверсия населенностей (краткий термин) может осуществляться только при температурах выше абсолютного нуля. – Прим. пер.
118
Современные системы используют полупроводниковые диодные лазеры,
