Квантовая механика макромира

в 17:52, , рубрики: квантовая механика, Научно-популярное, орбиталь, физика, химия

Квантовая механика макромира - 1

Первое, что обычно слышат студенты на лекциях по квантовой механике: не пытайтесь искать аналоги квантовых эффектов в макромире, мир квантовых частиц устроен принципиально иначе… Однако я обнаружил серию явлений в повседневной жизни с крайне похожими свойствами, которые, на мой взгляд, ставят под сомнение этот догмат. Хотя вернее будет сказать, что это просто иной способ взглянуть на привычные вещи. Своими наблюдениями и рассуждениями по этому поводу я и собираюсь поделиться в этой статье. Главный вопрос, который мне хотелось бы поставить перед читателями: можем ли мы извлечь что-нибудь продуктивное из данного подхода?

По образованию я химик и весьма поверхностно понимаю “кванты”, однако для начала осмелюсь на своем дилетантском уровне на пальцах рассказать о тех явлениях, аналоги которых я увидел в макромире. Прошу поправить меня, если в моем изложении есть что-то некорректное.

Немного теории

В начале ХХ века зародилось представление об атоме как о планетарной системе. В центре находится ядро, а вокруг него, как планеты вокруг солнца, вращаются электроны. Позже, такая модель оказалась не удовлетворительной. Попытки описания поведения электронов в атоме привели к возникновению уравнения Шрёдингера. Решение этого уравнения было задачей весьма нетривиальной. Точное решение оказалось возможным исключительно для атома водорода и ему подобных систем, где единственный электрон “вращается” вокруг одного ядра. Но даже это стало возможным благодаря хитроумному приему — из уравнения было исключено время. Такое уравнение, игнорирующее время, называют статическим. В результате его решения мы можем узнать вероятность нахождения электрона в той или иной точке пространства, но совершенно ничего не знаем о том, как он себя там ведет. Результатом решения уравнения является электронное облако — распределение плотности вероятности нахождения электрона в пространстве. А поскольку мы ничего не знаем о поведении электрона, то и говорить, о его нахождении где-то считается неправильным — говорят, что электрон “размазан” по орбитали. Для удобства вместо “электронного облака” я буду использовать термин “орбиталь” — хотя должен заметить, что это не одно и то же.

Квантовая механика макромира - 2

Также из решения уравнения Шрёдингера следовало, что существует не одно, а серия решений в зависимости от того, какой энергией обладает электрон. При этом энергия электрона не может меняться постепенно, но может лишь принимать определенные значения, поэтому говорят об энергетических уровнях. Переход из одного состояния в другое происходит как бы вне времени, одномоментно, что и называется квантовым переходом. Также крайне любопытным является то, что лишь для первых уровней форма орбиталей является сферической и напоминает планетарную модель. Более высоким энергетическим уровням соответствуют орбитали весьма причудливых форм. Что заставляет электрон “вести себя” столь странным образом, возможно, ответят в комментариях, мне это не понятно, но я знаю, что результаты вычислений согласуются с экспериментальными данными и объясняют, например, геометрию молекул.

Квантовая механика макромира - 3

Квантовая социология

Давайте посмотрим на жизнь человека также, как мы смотрим на электрон в атоме. Допустим, мы повесим на человека маячок, и будем каждые 5 минут отмечать на карте точку, в которой он находится. Делать мы будем это в течение достаточно длительного времени, например, года, ну или хотя бы недели. И если спустя этот период мы посмотрим на нашу карту, то практически ничего нельзя будет сказать о конкретных перемещениях данного человека. Мы будем видеть нечто вроде электронного облака — плотности вероятности нахождения данного человека в той или иной точке пространства. Это будет, очевидно, фигура причудливой формы, у нее будет несколько центров притяжения (дом, работа, спортзал, любимое кафе...), в окрестностях которых будет наиболее высокая плотность вероятности нахождения этого человека, однако существует также вероятность встретить его в другом городе или какой-нибудь экзотической стране. Притом если мы проведем повторные измерения, весьма вероятно, что картина будет крайне незначительно отличаться от первичного эксперимента. Предлагаю, для красоты словца, назовать эту фигуру “орбиталью” человека.
Теперь давайте представим, что произойдет с “орбиталью” человека при изменении его социального статуса, например, смены работы, жилья, изменением семейного положения… Очевидно, что мы на нашей карте увидим новую устойчивую форму. Человек начнет двигаться по иным траекториям, связанным с иными центрами притяжения, которые мы сквозь призму нашего инструмента увидим лишь опосредованно. И что важно, ввиду особенностей нашего метода наблюдения, мы не увидим никакой точки перехода, лишь два состояния: до и после. То есть мы видим аналог квантового перехода. Таким образом можно прийти к выводу, что отличие квантового мира от нашего скорее не в природе вещей, а в том способе, которым мы на него смотрим.
Так если мы возьмем грудного ребенка — это будет пример минимального энергетического уровня — орбиталь его будет достаточно простой, связанной с небольшим количеством центров притяжения, и вероятно будет покрывать достаточно незначительную площадь, хотя это, конечно, сильно зависит от стиля жизни родителей. Очевидно, что когда он научится ходить, он перейдет в иное качественное состояние — на новый энергетический уровень, и его орбиталь измениться. Еще более заметное изменение произойдет в тот момент, когда он пойдет в школу. Вероятно место, которое ему будет суждено посещать годами, будет определено за долго до того, как он там окажется впервые. И сквозь призму нашего метода опять-таки невозможно будет установить никакого переходного состояния или процесса. Никакого сомнения нет в том, что в данном случае вместе с изменением орбитали коренным образом изменяется и социальный статус, аналог энергетического уровня. Несмотря на немалые годы, я прекрасно помню, сколь значимым первый поход в школу был для меня самого.
Жизнь человека так или иначе проходит в бесчисленном количестве всевозможных циклов — суточных, недельных, сезонных… Человек годами ходит по одним и тем же тропам, а потом в момент изменяет все или часть маршрутов, и его пути закручиваются в новый весьма прихотливый узор. Какие-то центры притяжение могут быть временными, а какие-то могут оставаться неизменными в течение всей жизни. Так квантуется человеческая жизнь.

Выводы и вопросы

Понятно, что аналогия социальных процессов и процессов, происходящих на уровне электронных оболочек весьма условна, однако, мне кажется, нельзя полностью отрицать определенное сходство.
Совершенно очевидно, в отличии от идентичных атомных орбиталей, выведенных из красивой математики, орбиталь каждого человека уникальна и вряд ли может быть выведена из каких-то теоретических построений. С другой стороны при нынешнем уровне техники нет проблем построить ее эмпирически. По меньшей мере потенциально, некоторые приложения, имеющие доступ к GPS, могут, например, идентифицировать пользователя по характерным центрам его орбитали, даже если он пытается скрыться, используя другое устройство и другой аккаунт.

Может ли подход квантовой социологии принести какие-либо интересные результаты? Можем ли мы вынести что-то полезное из количественного или качественного анализа человеческих орбиталей? Очевидно, что в разных странах и культурах существенно будут отличаться средняя частота квантовых переходов. Площадь орбитали, характерной для определенной возрастной группы…

Существует ли что-нибудь подобное для других форм жизни, кроме людей? Что заставило людей жить по таким законам?
Умозрительно напрашивается вывод о том, что законы, которые вызывают социальные квантования, носят искусственный характер. Если это утверждение правомерно, тогда по степени квантования можно судить о том, на сколько далеко анализируемое общество от природы.
Кажется, в первобытном обществе квантовые переходы будут выражены крайне слабо, исключениями, вероятно, будут обряды инициации (что непосредственным образом связано с изменением статуса), или изменения мест стоянки в кочевых культурах. Хотя, вероятно, мной недооценено значительное влияние ритуалов религиозных традиций на эти общества. Или, например, сезонные работы и промыслы. В последних примерах изменения социального статуса не подразумевается.

Если и дальше пытаться найти аналогии социальных явлений и квантовой механики, надо также отметить, что при переходе электрона с одного уровня на другой происходит либо поглощение либо излучение кванта энергии. Что можно считать аналогом этих квантов в социальном мире, если они есть? Очевидно, что беспричинно, без некоторого толчка извне человек практически никогда не переходит на иную орбиталь, для этого необходима какая-то причина, какой-то квант социальной энергии. Кажется, чаще всего передача этого кванта связана с социальными связями: наследство, новая работа, замужество… даже инфекционные болезни.

Возможно, рассматривать социальные связи в данном контексте может оказаться весьма продуктивным, что опять-таки имеет некоторую аналогию с миром электронов. При перекрытии электронных облаков разных атомов могут возникать химические связи, то есть такие взаимодействия пар электронов, которые являются энергетически выгодными. При этом форма орбиталей, задействованных в образовании связей, может существенно меняться, что называется гибридизацией. Социальные связи, возникающие тогда, когда люди попадают в орбиты друг друга, также являются устойчивыми лишь в том случае, если для участников в них есть какая-то выгода. Притом человеческие связи зачастую являются гораздо более прочными, чем связь человека с материальными объектами и географическими точками. И если говорить о случаях, когда возникновение человеческих связей приводит к переезду или эмиграции, то есть к отрыву от исконного места человека, этот процесс можно сравнить с ионизацией или скорее диссоциацией.

Но остается все-таки главный вопрос, может ли этот подход дать хоть что-нибудь полезное, кроме некоторого образа из макромира, который облегчит понимание студентами процессов, происходящих в электронных оболочках атомов?

Автор: GreatNonentity

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля