Написать рецензию

Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир

Автор:: Файер Майкл
Жанр:: Физика
Кол-во страниц:: 84
Просмотров:: 875

Название	Стр.
М. Файер. Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир	1
Предисловие	1
1. Кот Шрёдингера	1
Почему вишня красная, а черника синяя? Что подразумевается под понятием «размер»? Кажется, что ...	1
Кот Шрёдингера	2
Не так, как при бросании монеты	2
Реальные явления могут вести себя подобно шрёдингеровским котам	2
2. Размер абсолютен	3
Фундаментальная природа размера имеет решающее значение для понимания различий между теми аспек...	3
Размер в повседневной жизни	3
Метод наблюдения имеет значение	3
Большое или малое — это величина возмущений	3
Причинность для больших объектов	4
Возмущения, которыми нельзя пренебречь, — это важно	4
Возмущение есть всегда	5
Нельзя рассчитать будущее — только вероятности	5
3. Кое-что о волнах	5
Для того чтобы разобраться в природе неустранимых возмущений, которые сопутствуют измерению, и ...	5
Что такое волны?	6
Волны характеризуются скоростью и частотой	6
Океанские волны	6
Звуковые волны	6
Классические световые волны	6
Видимый свет	7
Сложение волн — интерференция	7
Интерференционные картины и оптический интерферометр	8
4. Фотоэлектрический эффект и объяснение Эйнштейна	9
В конце XIX века классическая электромагнитная теория была одним из величайших триумфов классич...	9
Фотоэлектрический эффект	9
Волновая модель не работает	9
Эйнштейн даёт объяснение	10
Красный свет выбивает более медленные электроны, чем голубой	10
Очень красный свет не выбивает электронов	11
С какой скоростью вылетает электрон	11
5. Свет: волны или частицы?	11
Объяснение фотоэлектрического эффекта, которое обсуждалось в главе 4, требует нового теоретичес...	11
Классическое описание интерференции не годится для фотонов	11
Новое описание фотонов в интерферометре	12
Фотон интерферирует сам с собой	13
Фотон может находиться в двух местах сразу	13
Наблюдение вызывает непренебрежимо малое возмущение, приводящее к изменению состояния	13
Возвращаемся к котам Шрёдингера	13
Возвращаемся к фотоэлектрическому эффекту	14
6. Размеры фотона и принцип неопределённости Гейзенберга	14
В главе 5 мы узнали, что фотон в интерферометре интерферирует сам с собой. Фотон в некотором см...	14
Частицы имеют длину волны	14
Как выглядит волновая функция свободной частицы	14
Частица с хорошо определённым импульсом размазана по всему пространству	15
Интерференция волн разной длины	15
Принцип суперпозиции	16
Собственные состояния	16
Суперпозиция волн амплитуды вероятности импульсных собственных состояний	16
Импульс свободной частицы в состоянии суперпозиции	16
Импульс частицы в состоянии суперпозиции определён не вполне чётко	17
Где находится частица, когда она пребывает в состоянии суперпозиции по импульсу?	17
Волновые пакеты	18
Разброс по импульсу и координате	18
Принцип неопределённости Гейзенберга	18
7. Фотоны, электроны и бейсбольные мячи	19
И фотоны, и электроны, и бейсбольные мячи в равной мере описываются квантовой теорией, но для о...	19
Волны или частицы?	19
Дифракция света	19
Дифракция света демонстрирует волновую природу фотонов	20
Электроны в кинескопе ведут себя как снаряды	20
При дифракции электроны ведут себя как волны	21
Электроны и фотоны — это частицы и волны, а бейсбольные мячи — это лишь частицы	22
8. Квантовый ракетбол и цвет фруктов	22
В предыдущих главах были введены и объяснены фундаментальные понятия квантовой теории. Приведён...	22
Частица в ящике — классический случай	23
Частица в ящике — квантовый случай	24
Значения энергии квантовой частицы в ящике	24
Волновая функция должна иметь нулевое значение у стенок	24
Узлы — это точки, где волновая функция проходит через ноль	25
Значения энергии квантуются	25
Дискретный набор энергетических уровней	26
Связь результатов для частицы в ящике с реальными системами	26
Молекулы поглощают свет определённых цветов	26
Цвет фруктов	27
9. Атом водорода: история	27
В главе 8 мы обсудили задачу о частице в ящике. Мы представили себе электрон, запертый в очень ...	27
Спектр солнечного черноте?льного излучения	28
Тёмные линии в солнечном спектре	28
Спектральные линии водорода	28
Боровская теория атома водорода (не вполне совершенная)	29
10. Атом водорода: квантовая теория	30
В 1925 году Шрёдингер и Гейзенберг независимо друг от друга разработали квантовую теорию. Созда...	30
Уравнение Шрёдингера	30
Что уравнение Шрёдингера говорит нам о водороде	30
Четыре квантовых числа	31
Энергетические уровни атома водорода	31
s-орбитали атома водорода	32
Пространственное распределение s-орбиталей	32
Функция радиального распределения	33
Формы p-орбиталей	34
Формы d-орбиталей	34
11. Многоэлектронные атомы и Периодическая таблица элементов	34
Свойства атомарной и молекулярной материи определяются квантовомеханическими особенностями атом...	34
Водород — особый	35
Формы орбиталей важны для атомов крупнее водорода	35
Энергетические уровни многоэлектронного атома	35
Три правила заполнения энергетических уровней электронами	36
Атом водорода имеет ядро с зарядом +1 и единственный отрицательно заряженный электрон. Атом ге...	36
Правило 1: принцип запрета Паули	36
Правило 2: сначала наименьшая энергия, но без нарушения принципа Паули	36
Правило 3 (правило Хунда): спины не спариваются, если это возможно без нарушения правил 1 и 2	36
Периодическая таблица элементов	37
Итак, мы изложили правила расселения электронов по энергетическим уровням, изображённым на рис...	37
Структура Периодической таблицы	37
Конфигурации с замкнутыми оболочками	38
Атомы стремятся образовывать конфигурации с замкнутыми оболочками	38
Свойства атомов	38
При движении сверху вниз по столбцам атомы становятся крупнее	39
При движении слева направо по строкам атомы становятся меньше	40
Первый ряд переходных металлов	40
Более крупные атомы и лантаноиды с актиноидами	40
Большинство элементов — металлы	41
12. Молекула водорода и ковалентная связь	41
Один из величайших триумфов в квантовой механике — это теоретическое объяснение ковалентной свя...	41
Два атома водорода, находящихся далеко друг от друга	41
Два атома водорода сближаются	41
Приближение Борна-Оппенгеймера	42
Длина химической связи — это расстояние, которое обеспечивает наименьшую энергию	42
Образование связывающих молекулярных орбиталей	42
Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали	43
Расселение электронов по молекулярным орбиталям	43
Молекула водорода есть, а молекулы гелия нет	44
13. Что удерживает атомы вместе: двухатомные молекулы	45
Молекула водорода является двухатомной, то есть состоит лишь из двух атомов. В процессе изучени...	45
Сигма-связи (?) и пи-связи (?)	45
Сигма-орбитали молекул	45
Молекулярные пи-орбитали	46
Связи в двухатомных молекулах: молекула фтора	46
Молекулы неона не существует	47
Молекула кислорода: правило Хунда имеет значение	47
Молекула азота	48
Одиночные, двойные и тройные связи	48
Гетеронуклеарные двухатомные молекулы	49
Визуальные модели молекул	50
14. Более крупные молекулы: формы многоатомных молекул	50
Окружающий нас мир состоит из многоатомных молекул. Так называют молекулы, состоящие из более ч...	50
Формы молекул: тетраэдрический метан	50
Форма определяется минимизацией отталкивания между связями	51
Неподелённые пары тоже имеют значение	51
Молекулы треугольной формы	51
Переходящие электроны	52
Гибридные атомные орбитали: линейные молекулы	52
Гибридные атомные орбитали: треугольные молекулы	53
Гибридные атомные орбитали: тетраэдрические молекулы	53
Углеводороды с одиночной связью	54
Большие углеводороды имеют множество структур	54
Двойные и тройные углерод-углеродные связи	55
Двойная углерод-углеродная связь — этилен	55
Тройная углерод-углеродная связь — ацетилен	56
15. Пиво и мыло	56
В этой главе мы рассмотрим несколько типов молекул, чтобы увидеть, как различия в их природе вл...	56
Спирты	56
Этанол — это этан (см. рис. 14.10), в котором один из атомов водорода заменён OH-группой, назы...	56
При комнатной температуре этанол жидкий, а не газообразный	56
Вода образует водородные связи	57
Вода — великий растворитель	58
Этанол участвует в химических реакциях с кислородом	58
Метанол крайне ядовит	58
Мыло	59
Как мы выяснили, этанол и органические кислоты вроде уксусной кислоты очень хорошо растворяютс...	59
Крупные углеводороды — это масло и жир	59
Крупные углеводороды могут иметь много разных структур	59
Нефтепродукты и вода не смешиваются	59
Строение молекул мыла	59
В воде мыло образует мицеллы	60
Мыло растворяет жирные загрязнения	60
16. В жирах важны двойные связи	60
В этой главе мы, опираясь на развитые ранее идеи, поговорим о некоторых крупных молекулах, част...	60
Из чего состоят жировые молекулы?	60
Насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты	61
Формы жировых молекул	61
Насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты	61
Важность двойных связей в жирных кислотах	61
Химически модифицированные жирные кислоты	62
Частично гидрогенизированные и гидрогенизированные жиры	62
Гидрогенизация жиров	62
Читайте этикетки	62
Транс-жиры	62
Природа производит цис-жиры, а химическая обработка — транс-жиры	63
Транс-жиры могут быть опасны	63
Когда ноль — это ноль	63
Омега?3 жирные кислоты	64
Триглицериды	64
Холестерин	64
Вопреки общему мнению, холестерин полезен	64
Проблема с холестерином	65
17. Парниковые газы	65
В этой главе мы рассмотрим, что происходит, когда уголь, нефть или природный газ сжигают на эле...	65
Углекислый газ, образующийся при сжигании ископаемого топлива	65
Горение метана: природный газ	65
Что такое парниковый газ?	65
При сжигании ископаемого топлива выделяется углекислый газ	66
Выделяемая энергия и количество углекислого газа	66
Сжигание реального ископаемого топлива	67
Реальное количество углекислого газа, выделяемого при производстве электричества	67
Углекислый газ является парниковым в силу квантовых эффектов	67
Черноте?льный спектр Земли	67
Поглощение земного черноте?льного излучения	67
Почему углекислый газ так важен?	68
Почему углекислый газ поглощает именно в этой области?	68
Колебательные моды углекислого газа	68
Квантовые колебания обладают дискретными уровнями энергии	68
Энергия квантовых колебаний	69
Деформационная мода CO 2 поглощает на пике земного черноте?льного спектра	69
Парниковый эффект CO 2 является кванотовомеханическим	69
18. Ароматические молекулы	69
В главах 13 и 14 говорилось о двойных связях, а в главе 16 мы узнали о том, что двойные связи и...	69
Бензол: классический ароматический углеводород	69
Где находятся двойные связи?	70
Делокализация пи-связей	70
Связывающие и разрыхляющие молекулярные орбитали	70
Углерод-углеродная связь порядка 1,5	70
Бензольные делокализованные молекулярные пи-орбитали	71
Поглощение света ароматическими соединениями	71
Нафталин с позиций задачи о частице в ящике	72
19. Металлы, изоляторы и полупроводники	72
На рис. 19.1 схематически изображена батарея, присоединённая к металлическому стержню. В качест...	72
Металлы	72
Делокализация молекулярных орбиталей в металлах	72
Кусок металла содержит огромное количество энергетических уровней МО, называемое зоной	73
Расселение электронов	73
Уровень Ферми	73
Как электроны движутся сквозь металл	73
Диэлектрики	74
Диэлектрики не проводят ток вследствие заполненности зоны	74
В диэлектриках широкая запрещённая зона	74
Полупроводники	74
В полупроводниках запрещённая зона небольшая	74
Тепловая энергия влияет на электропроводность металлов	75
Фононы — вибрации твёрдого тела	75
Электронные и фононные волновые пакеты взаимно рассеиваются	75
Электрон-фононное рассеяние приводит к нагреванию металла	75
Сверхпроводимость	76
20. Квантовое мышление	76
Когда отец, держа младенца на руках, показывает на небо и говорит: «Это Луна», младенец, конечн...	76
Опыт учит нас понимать классический мир	76
Понимание того, что мы видим вокруг себя, требует некоторого знания квантовой механики	77
Энергетические уровни и цвета связаны с волновой природой частиц	77
Квантовые механизмы скрепляют атомы между собой и определяют форму молекул	77
Углекислый газ является парниковым в силу квантовых эффектов	78
Очень горячие объекты испускают видимое черноте?льное излучение	78
Электрический нагрев — квантовое явление	78
Абсолютно малое	79
Глоссарий	79
Абсолютный размер	79
Ангстрем	79
Анион	79
Атомная орбиталь	79
Атомный номер	79
Вектор	80
Возбуждённое состояние	80
Волна амплитуды вероятности	80
Волновая функция	80
Волновой пакет	80
Гибридные атомные орбитали	80
Двойная связь	80
Деструктивная интерференция	80
Джоуль	80
Длина волны де Бройля	80
Длина волны	80
Допущение Дирака	80
Замкнутая конфигурация электронной оболочки	80
Импульсное собственное состояние	80
Инертные газы (благородные газы)	80
Интерпретация Борна	80
Интерференция волн	80
Катион	80
Квантованные энергетические уровни	80
Квантовое число	81
Кинетическая энергия	81
Классическая механика	81
Классические волны	81
Ковалентная связь	81
Коллапс волновой функции	81
Конструктивная интерференция	81
Кулоновское взаимодействие	81
Молекулярная орбиталь	81
Нанометр	81
Неподелённая пара	81
Одиночная связь	81
Оптический переход	81
Орбиталь	81
Основное состояние	81
Поглощение света	81
Постоянная Планка	81
Потенциальная яма	81
Принцип запрета Паули	81
Принцип неопределённости Гейзенберга	81
Принцип суперпозиции	82
Пространственное распределение вероятности	82
Протон	82
Размер абсолютный	82
Размер относительный	82
Световой квант	82
Свободная частица	82
Собственное состояние	82
Спектроскопия	82
Тройная связь	82
Углеводороды	82
Узел	82
Уравнение Шрёдингера	82
Фаза	82
Формула Ридберга	82
Фотон	82
Фотоэлектрический эффект	82
Функция радиального распределения	82
Частица в ящике	82
Частота	82
Черноте?льное излучение (излучение абсолютно чёрного тела)	82
Электромагнитная волна	82
Электрон	83
Энергетические уровни	83
Комментарии	83
1	83
2	83
3	83
4	83
5	83
6	83
7	83
8	83
9	83
10	83
11	83
12	83
13	83
14	83
15	83
16	83
17	83
18	83
19	83
20	83
21	83
22	83
23	83
24	83
25	83
26	83
27	83
28	83
29	83
30	83
31	83
32	84
33	84
34	84
35	84
36	84
37	84
38	84

Читать книгу В избранные

Оценки пользователей

Нравится Не нравится

Ключи : физика Научпоп

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 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.

Отзывы

Отзывы на книгу Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир автор Файер Майкл

Нет результатов.

Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир

Новые книги

Последние комментарии

Помощь проекту