Завтрак с Эйнштейном. Экзотическая физика повседневных предметов

Я надеюсь, что эта книга сделала понятным, что эта связь двухсторонняя: экзотическая квантовая физика, в конце концов, скрыта в весьма обыденных явлениях, влияющих на поведение повседневных предметов. Все это началось с обманчиво простого вопроса: «Почему горячие предметы светятся именно таким цветом?» Изменение света, исходящего от нагретого предмета, настолько обычно, будь это электрический тостер, накаленная лампочка или само Солнце, и мы почти забываем, что это явление вообще требует объяснения. Благодаря любопытству спектроскопистов XIX века, которые решили тщательно изучить цвет, и смелому и отважному трюку Макса Планка, мы были выведены на путь к самым странным и наиболее влиятельным теориям в физике.

Однако физики не перескакивали на странные, противоречащие нашей интуиции теории в один прыжок; скорее, нас неизбежно влекло туда цепочкой рассуждений, каждый шаг начинался с явления, которое было легко наблюдать в относительно ничем не примечательных обстоятельствах. Планк ввел квантовую гипотезу для объяснения излучения черного тела, затем Альберт Эйнштейн использовал эту идею для объяснения фотоэлектрического эффекта, что привело к статистике фотонов и затем к лазерам. Мария Кюри углубилась в радиоактивность, а Эрнест Резерфорд использовал это для обнаружения ядер атомов, что привело Нильса Бора к введению дискретных атомных состояний, а это уже – к сверхточному измерению атомного времени. Дмитрий Менделеев ввел Периодическую таблицу, что привело к идее электронных оболочек, после чего Вольфганг Паули ввел принцип запрета, это оказалось ключевым практически для всего.

История квантовой физики – это не история людей, витавших в фантастических идеях, которые могут быть применимы лишь в малоправдоподобных ситуациях; в ее основе лежит любопытство, ведущее вперед с целеустремленностью и жесткой логикой, а также немалым количеством смелости. Ключевые шаги в этой истории включают смелые и ошеломляющие предположения Планка, Эйнштейна, Бора, Луи де Бройля и других. Их идеи легко могли бы быть (а иногда так и случалось) отвергнуты как просто безумные, но они выдерживали невероятно точные экспериментальные проверки.

Итак, связь между квантовой физикой и повседневной жизнью взаимна. Мирный завтрак в будний день был бы невозможен без квантовой физики, и квантовая физика была бы невозможна без ученых, которые смотрели на свечение горячего предмета или притяжение двух магнитов и говорили: «Я удивляюсь, почему так происходит?»

Я надеюсь, что в итоге вы вынесли урок из обеих сторон этой связи. Я надеюсь, что обсуждение физики, что лежит в основе обычной реальности, вдохновит вас взглянуть чуть более внимательно на повседневную жизнь и ценить ее корни, уходящие в ошеломляющую и экзотическую физику. Я надеюсь, что истории о развитии квантовой теории вдохновят вас проследовать за вашим любопытством, задавать вопросы о мире вокруг вас, относиться к этим вопросам серьезно и следовать им, куда бы они вас ни привели. В большинстве случаев это оказывается где-то в совершенно восхитительном месте.

Благодарности

Обычно при издании книги на обложке помещают только одно имя, но требуется невероятное количество людей, чьи коллективные усилия потребовались, чтобы получить конечный продукт, и кого надо поблагодарит за нее. В случае с этой книгой список начинается с моего агента, Эрин Хосье, за то, что она нашла, где книга будет востребована.

Несколько из идей этой книги прошли «пробный забег» в моем блоге на Форбсе; благодарю Алекса Кнаппа за возможность писать этот блог. Некоторые из деликатных моментов были также прояснены благодаря дискуссиям с другими учеными, в частности, с Эшем Йогалекаром, Нейлией Мэнн, Дугом Натэльсоном, Михаилом Нильсеном, Дэйвом Филипсом, Томом Свенсоном и Марком Уолкером. Эта книга стала более точной, чем была бы без них; все оставшиеся ошибки – моя вина, а не их.

Спасибо моим издателям, Алексе Стевенсон из BenBell и Сэму Картеру из Oneworld за помощь в уточнении аргументации, а также копи-редакторам Скотту Каламару и Джеймсу Фрайлю за видимость, что я знаю грамматику и пунктуацию. Спасибо Джессике Рик и всей остальной выпускающей команде за то, что окончательный продукт выглядит отлично.

Это моя четвертая книга, и некоторым образом она была самая сложная для написания. Бесконечная благодарность моей семье, без поддержки которой ничего из этого не было бы возможным. Я отдельно хочу поблагодарить Кейт Непвью за терпеливое прослушивание, чтение черновых вариантов, подстраивание под мой непредсказуемый рабочий график и привычку отвлекаться. Спасибо Клэр и Дэвиду за то, что они давали отличный повод иногда отвлечься от компьютера.

Об авторе