Можно ли что-то потрогать? И другие вопросы [Veritasium]
Вот сайт с шаурмой.
[Музыка]
Нет, правда, можно ли что-то потрогать? Вот я трогаю камеру. Можно ли что-то потрогать? Отличный вопрос. Вот, скажем, два электрона. Под их соприкосновения мы подразумеваем физический контакт. Но проблема в том, что, насколько нам сейчас известно, у электрона нет размеров и объема, так что эти шарики на самом деле не к месту.
Но как тогда электроны взаимодействуют? Всё происходит с помощью обмена частицами. У электронов частицы, и переносчиком является фотон. Когда электроны сближаются, фотон переходит от одного к другому, меняя импульс обоих и отталкивая их друг от друга. Им не обязательно касаться, чтобы взаимодействовать, то есть обмениваться частицами и менять импульсы. Значит, о направлении испытывать силу.
Так что же выходит? Мы понимаем под соприкосновением, когда мы трогаем объект, мы обмениваемся с ним частицами – переносчиками. Вот, по сути, и все. Если фотоны – это одновременно кванты света и переносчики электромагнитного взаимодействия, не значит ли это, что фотоны создают магнитное поле?
А раз так, то почему мы их не видим? Всё дело в том, что эти фотоны нереальны, они виртуальны. Это непростая тема, и я надеюсь разобрать её в следующем ролике. Основное свойство виртуальных частиц – неуловимость. Они существуют, но их нельзя непосредственно обнаружить. Также они могут не подчиняться некоторым законам, действующим на реальные частицы.
Возьмём соотношение энергии-импульса Эйнштейна: E² = m₀²c⁴ + p²c². Виртуальная частица может игнорировать это уравнение. Обнаружить можно только реальные частицы, которые подчиняются этому уравнению, наши фотоны и виртуальные. Об этом я расскажу как-нибудь позже.
Назови три ученых, которые на тебя повлияли. Пожалуй, Эйнштейн, Померанцев и Тесла. Пишите, кто повлиял на вас. Привет, Дарк!
Многих из нас уже давно интересует вопрос, кто больше раз подтянется – ты или легенды из “Минуты физики”? Я хотел решить вопрос теоретически, но битва всё же состоялась в лондонском метро.
[Музыка]
Gigamic. Люди за... а я знала Генриетту. Спортсмена в школе говорят, что атомы стремятся заполнить внешней электронной оболочке, и ради этого охотно превращаются в ионы. Но почему и чем именно объясняется вместимость оболочек? 2, 8, 18, 32 и так далее.
Сначала разберемся с электронными оболочками. Если допускать, что электрон – это не только частица, но и волна, то получается, что эта волна привязана к ядру, то есть стоячая волна. Типичный пример стоячих волн – колебания струны, когда по сути волна никуда не движется – колеблется туда-сюда, как и на плоской двумерной поверхности.
Примечательно, что такие волны формируют устойчивые паттерны, а электроны по сути это стоячие волны в трёх измерениях. Математически они описываются сферическими гармониками. Из-за увеличения числа возможных устойчивых конфигураций по мере роста момента импульса на разных уровнях может находиться разное количество электронов.
И не стоит забывать, что согласно принципу Паули два электрона, так как они являются фермионами, не могут занимать одно состояние. То есть в случае с оболочками мы смотрим на стоячие волны электронов, и среди них не так много стабильных вариантов. Наглядная демонстрация принципа – вибрирующая пластина.
Почему электроны стремятся заполнить внешние оболочки? Так минимизируется энергетическое состояние системы в целом. Допустим, у вас есть два атома, у одного из которых вы забираете электрон и отдаете другому. И когда их оболочки заполнены, оказывается, что суммарная энергия становится меньше по сравнению с предыдущей конфигурацией. Это как мяч, катящийся с горки. Всё в природе стремится снизить свой энергетический уровень.
Почему видимые частоты света распределены непрерывно? Ведь известно, что атомы поглощают и излучают фотоны лишь определённых частот, которые задаются уровнями сергей электронов. Откуда берутся все остальные цвета? Верно, атомы излучают конкретные цвета из-за того, что электроны скачут с одной орбиты на другую.
Но когда эти атомы образуют молекулы, даже в твердых веществах или плазме, возникает много частот, так как движение зарядов становится сложнее. Там у электронов уже нет чётких уровней, по которым они могли бы прыгать, производя один конкретный цвет. Появляются целые энергетические зоны, и тогда мы видим цветовую гамму, как в случае с солнцем или горячими твердыми телами. Отсюда и берётся непрерывный спектр частот, так как энергетические зоны электронов допускают почти любой переход.
Среди твоих зрителей есть те, кто хочет стать ученым. Какое направление, по твоему, будет самым интересным в этом веке и почему? Я, конечно, не могу сказать, какие науки выйдут на первый план в будущем, но в ближайшие десятилетия я бы поставил на генетику. У проекта «Геном человека» ушло примерно 10 лет и 1 миллиард долларов, чтобы секвенировать один человеческий геном.
Ближайшие 10-20 лет это можно будет сделать за неделю и за сто баксов. Эта область науки растет чрезвычайно быстро, поэтому, если бы я выбирал сейчас, то, возможно, выбрал бы именно её.
И переведено и озвучено студией Вверх Гайдар.