Какие свойства у кванта
У этого термина существуют и другие значения, см. Квант (значения).
Квант (от лат. quantum — «сколько») — неделимая часть какой-либо величины в физике; общее название определённых порций энергии (квант энергии), момента количества движения (углового момента), его проекции и других величин, которыми характеризуют физические свойства микро- (квантовых) систем. В основе понятия лежит представление квантовой механики о том, что некоторые физические величины могут принимать только определённые значения (говорят, что физическая величина квантуется). В некоторых важных частных случаях эта величина или шаг её изменения могут быть только целыми кратными некоторого фундаментального значения[1] — и последнее называют квантом. Например, энергия монохроматического электромагнитного излучения угловой частоты может принимать значения , где — редуцированная постоянная Планка, а — целое число. В этом случае имеет смысл энергии кванта излучения (иными словами, фотона), а — смысл числа́ этих квантов (фотонов). В смысле, близком к этому, термин квант был впервые введен Максом Планком в его классической работе 1900 года — первой работе по квантовой теории, заложившей её основу.
Вокруг идеи квантования с начала 1900-х годов развилась полностью новая физическая концепция, обычно называемая квантовой физикой.
Ныне прилагательное «квантовый» используется в названии ряда областей физики (квантовая механика, квантовая теория поля, квантовая оптика и т. д.). Широко применяется термин квантование, означающий построение квантовой теории некоторой системы или переход от её классического описания к квантовому. Тот же термин употребляется для обозначения ситуации, в которой физическая величина может принимать только дискретные значения — например, говорят, что энергия электрона в атоме «квантуется».
Сам же термин «квант» в настоящее время имеет в физике довольно ограниченное применение. Иногда его употребляют для обозначения частиц или квазичастиц, соответствующих бозонным полям взаимодействия (фотон — квант электромагнитного поля, фонон — квант поля звуковых волн в кристалле, гравитон — гипотетический квант гравитационного поля и т. д.), также о таких частицах говорят как о «квантах возбуждения» или просто «возбуждениях» соответствующих полей.
Кроме того, по традиции «квантом действия» иногда называют постоянную Планка. В современном понимании это название может иметь тот смысл, что постоянная Планка является естественной единицей измерения действия и других физических величин такой же размерности (например, момента импульса).
Некоторые кванты[править | править код]
Кванты некоторых полей имеют специальные названия:
- фотон — квант электромагнитного поля;
- глюон — квант векторного (глюонного) поля в квантовой хромодинамике (обеспечивает сильное взаимодействие);
- гравитон — гипотетический квант гравитационного поля;
- бозон Хиггса — квант поля Хиггса;
- фонон — квант колебательного движения кристалла.
- хронон — гипотетический квант времени
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Квантовая механика (нерелятивистская теория). — Издание 6-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2004. — 800 с. — («Теоретическая физика», том III). — ISBN 5-9221-0530-2.
Задумывались ли вы о том, что собой представляют на самом деле многие световые явления? Для примера возьмем фотоэффект, тепловые волны, фотохимические процессы и тому подобное – все это квантовые свойства света. Если бы они не были открыты, труды ученых не двинулись бы с мертвой точки, собственно, как и научно-технический прогресс. Изучают их в разделе квантовой оптики, который неразрывно связан с одноименным разделом физики.
Квантовые свойства света: определение термина
До недавнего времени четкую и понятную трактовку данному оптическому явлению дать не могли. Им успешно пользовались в науке и повседневной жизни, на его основе строили не только формулы, но и целые задачи по физике. Сформулировать окончательное определение получилось лишь у современных ученых, которые подводили итоги деятельности своих предшественников. Итак, волновые и квантовые свойства света – это следствие особенностей его излучателей, которыми являются электроны атомов. Квант (или фотон) образуется за счет того, что электрон переходит на пониженный энергетический уровень, тем самым генерируя электро-магнитные импульсы.
Первые оптические наблюдения
Предположение о наличии у света квантовых свойств появилось в XIX столетии. Ученые открыли и усердно изучали такие явления, как дифракция, интерференция и поляризация. С их помощью была выведена электромагнитная волновая теория света. Она базировалась на ускорении движения электронов во время колебания тела. За счет этого происходило нагревание, а следом за ним появлялись световые волны. Первую авторскую гипотезу на сей счет сформировал англичанин Д. Рэлей. Он расценивал излучение как систему одинаковых и постоянных волн, причем в замкнутом пространстве. Согласно его выводам, при уменьшении длины волн мощность их должна была непрерывно возрастать, более того, требовалось наличие ультрафиолетовых и рентгеновских волн. На практике же все это не подтвердилось, и за дело взялся другой теоретик.
Формула Планка
В самом начале XX века Макс Планк – физик немецкого происхождения – выдвинул интересную гипотезу. Согласно ей, излучение и поглощения света происходит не непрерывно, как думали ранее, а порционно – квантами, или, как их еще называют, фотонами. Была введена постоянная Планка – коэффициент пропорциональности, обозначаемый буквой h, и он был равен 6,63·10-34Дж·с. Дабы высчитать энергию каждого фотона, требовалась еще одна величина – v– частота света. Постоянная Планка умножалась на частоту, и в результате получали энергию отдельно взятого фотона. Так немецкий ученый точно и грамотно закрепил в одной простой формуле квантовые свойства света, которые ранее были обнаружены Г. Герцем и обозначены им как фотоэффект.
Открытие фотоэффекта
Как мы уже сказали, ученый Генрих Герц был первым, кто обратил внимание на незамечаемые ранее квантовые свойства света. Фотоэффект был открыт в 1887 году, когда ученый соединил освещенную цинковую пластину и стержень электрометра. В случае если до пластины доходит положительный заряд, электрометр не разряжается. Если излучается заряд отрицательный, то прибор начинает разряжаться, как только на пластину попадает луч ультрафиолета. В ходе данного практического опыта было доказано, что пластина под воздействием света может излучать отрицательные электрические заряды, которые впоследствии получили соответствующее название — электроны.
Практические опыты Столетова
Практические эксперименты с электронами проводил русский исследователь Александр Столетов. Для своих опытов он использовал вакуумный стеклянный баллон и два электрода. Один электрод использовался для передачи энергии, а второй был освещаемым, и к нему подводился отрицательный полюс батареи. В ходе данной операции начинала возрастать сила тока, но через некоторое время она становилась постоянной и прямо пропорциональной излучению светового потока. В результате было выявлено, что кинетическая энергия, а также задерживающие напряжения электронов не зависят от мощности светового излучения. Но увеличение частоты света заставляет расти данный показатель.
Новые квантовые свойства света: фотоэффект и его законы
В ходе развития теории Герца и практики Столетова были выведены три основные закономерности, по которым, как оказалась, функционируют фотоны:
1. Мощность светового излучения, которое падает на поверхность тела, прямо пропорциональна силе тока насыщения.
2. Мощность светового излучения никак не влияет кинетическую энергию фотоэлектронов, а вот частота света является причиной линейного роста последней.
3. Существует некая «красная граница фотоэффекта». Суть заключается в том, что если частота меньше минимального показателя частоты света для данного вещества, то фотоэффекта не наблюдается.
Трудности столкновения двух теорий
После формулы, выведенной Максом Планком, наука столкнулась с дилеммой. Ранее выведенные волновые и квантовые свойства света, которые были открыты чуть позже, не могли существовать в рамках общепринятых физических законов. В соответствии с электромагнитной, старой теорией, все электроны тела, на которое попадает свет, должны приходить в вынужденное колебание на равных частотах. Это порождало бы бесконечно большую кинетическую энергию, что никак невозможно. Более того, для накопления необходимого количества энергии электронам нужно было пребывать в состоянии покоя десятки минут, в то время как явление фотоэффекта на практике наблюдается без малейшей задержки. Дополнительная путаница возникала также из-за того, что энергия фотоэлектронов не зависела от мощности светового излучения. Кроме того, еще не была открыта красная граница фотоэффекта, а также не была высчитана пропорциональность частоты света кинетической энергии электронов. Старая теория не смогла четко объяснить видимые глазу физические явления, а новая была еще не до конца отработанной.
Рационализм Альберта Эйнштейна
Лишь в 1905 году гениальный физик А. Эйнштейн выявил на практике и четко сформулировал в теории, какова она — истинная природа света. Волновые и квантовые свойства, открытые с помощью двух противоположных друг другу гипотез, в равных частях присущи фотонам. Для полноты картины не хватало лишь принципа дискретности, то есть точного местонахождения квантов в пространстве. Каждый квант – это частица, которая может поглощаться или излучаться как единое целое. Электрон, «проглатывая» внутрь себя фотон, увеличивает свой заряд на значение энергии поглощаемой частицы. Далее, внутри фотокатода электрон движется к его поверхности, сохраняя при этом «двойную порцию» энергии, которая на выходе превращается в кинетическую. Таким простым образом и осуществляется фотоэффект, в котором отсутствует запоздалая реакция. У самого финиша электрон выпускает из себя квант, который и падает на поверхность тела, излучая при этом еще больше энергии. Чем больше количество выпущенных фотонов – тем мощнее излучение, соответственно, и колебание световой волны растет.
Простейшие приборы, в основе которых лежит принцип фотоэффекта
После открытий, сделанных немецкими учеными на заре ХХ столетия, началось активное применение квантовых свойств света для изготовления различных приборов. Изобретения, принцип действия которых заключается в фотоэффекте, называют фотоэлементами, простейший представитель которых – вакуумный. В числе его недостатков можно назвать слабую проводимость тока, низкую чувствительность к излучению длинных волн, из-за чего он не может быть использован в цепях переменного тока. Вакуумный прибор широко используется в фотометрии, им измеряют силу яркости и качества света. Также он играет важную роль в фототелефонах и в процессе воспроизведения звука.
Фотоэлементы с проводниковыми функциями
Это уже совсем иной тип приборов, в основе которых лежат квантовые свойства света. Их назначение – изменение концентрации носителей тока. Данное явление иногда называют внутренним фотоэффектом, и он составляет основу работы фоторезисторов. Данные полупроводники играют очень важную роль в нашей повседневной жизни. Впервые их начали использовать в ретро-автомобилях. Тогда они обеспечивали работу электроники и аккумуляторов. В середине ХХ века подобные фотоэлементы стали применять для строительства космических кораблей. До сих пор за счет внутреннего фотоэффекта работают турникеты в метро, портативные калькуляторы и солнечные батареи.
Фотохимические реакции
Свет, природа которого стала лишь частично доступна науке в ХХ веке, на самом деле влияет на химические и биологические процессы. Под воздействием квантовых потоков начинается процесс диссоциации молекул и их слияние с атомами. В науке такое явление называется фотохимией, а в природе одним из его проявлений является фотосинтез. Именно за счет световых волн в клетках производятся процессы по выбросу определенных веществ в межклеточное пространство, за счет чего растение приобретает зеленый оттенок.
Влияют квантовые свойства света и на человеческое зрение. Попадая на сетчатку глаза, фотон провоцирует процесс разложение молекулы белка. Данная информация транспортируется по нейронам в мозг, и после ее обработки мы можем видеть все при свете. С наступлением темноты молекула белка восстанавливается, и зрение аккомодируется к новым условиям.
Итоги
В ходе данной статьи мы выяснили, что главным образом квантовые свойства света проявляются в явлении, называемом фотоэффектом. Каждый фотон имеет свой заряд и массу, и при столкновении с электроном попадает внутрь него. Квант и электрон становятся одним целым, и их совместная энергия превращается в кинетическую, что, собственного говоря, и требуется для осуществления фотоэффекта. Волновые колебания при этом могут увеличить производимую фотоном энергию, но лишь до определенного показателя.
Фотоэффект в наши дни является незаменимой составляющей большинства видов техники. На его основе строят космические лайнеры и спутники, разрабатывают солнечные батареи, используют как источник вспомогательной энергии. Кроме того, световые волны оказывают огромное влияние на химико-биологические процессы на Земле. За счет простых солнечных лучей растения становятся зелеными, земная атмосфера окрашивается во всю палитру синего цвета, и мы видим мир таким, каков он есть.
Ïîñêîëüêó ñòàòüè íà òåìó ïåðå÷èñëåííûõ òåîðèé ïîÿâëÿþòñÿ òóò ñòàáèëüíî, è ñòàáèëüíî çàïóòûâàþò ìîçãè âñåì æåëàþùèì ïðèîáùèòüñÿ, ðåøèëà ïðîÿñíèòü ïàðó ìîìåíòîâ.
Ïîæàëóé, ëó÷øå âñ¸-òàêè íà÷àòü ñ òîãî ìåñòà, îòêóäà íîãè ðàñòóò. Äà, ñ òîé ñàìîé áîëüøîé Æ, â êîòîðîé ôèçèêè îêàçàëèñü â êîíöå 19 âåêà. Êîíêðåòíî: âåëèêèì óìàì îò íàóêè áûëî áàíàëüíî íå÷åãî äåëàòü: âñå çàêîíû îòêðûòû, îïèñàíû, à òî, ÷òî íåïîíÿòíî íîâàÿ îáëàñòü ïîä íàçâàíèåì «ýëåêòðîäèíàìèêà», íó íèêàê íå âïèñûâàåòñÿ â ñóùåñòâóþùèå óðàâíåíèÿ. Íå õî÷åò ýëåêòðè÷åñòâî Ìàêñâåëëà äðóæèòü ñ Íüþòîíîâñêîé ìåõàíèêîé.
 äâóõ ñëîâàõ, îñíîâíàÿ ôèãíÿ çàêëþ÷àëàñü â òîì, ÷òî ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû áûëè âîëíàìè. Îïèñûâàëèñü êàê âîëíû, âåëè ñåáÿ êàê âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿëèñü êàê âîëíû. Íî ïðèâû÷íûì îáðàçîì äóìàÿ î âîëíàõ, ôèçèêè òóò æå âñïîìèíàëè ïðî òîò ôàêò, ÷òî âîëíû êîëåáàíèÿ íåêîåé ñðåäû. Íàïðèìåð, çâóê âîëíû, ðàñïðîñòðàíÿþùèåñÿ â âîçäóõå è ÿâëÿþùèåñÿ äâèæåíèåì âîçäóõà. Ìîðñêèå âîëíû äâèæåíèå âîäû. Íî ÷òî òîãäà ÿâëÿåòñÿ ñðåäîé äëÿ ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí? ×òî òàêîå êîëåáëåòñÿ, ÷òî íåñ¸ò ÷åðåç ñåáÿ ýëåêòðîìàãíåòèçì? «Çíà÷èò ÷òî-òî, òàêè, åñòü!» óäóìàëè óìíåéøèå è çàìóòèëè ýôèð. Òî åñòü íåêóþ íåçàâèñèìóþ îò ìàòåðèè ñðåäó, â êîòîðîé ïðîèñõîäèò ðàñïðîñòðàíåíèå ýëåêòðîìàãíèòíûõ êîëåáàíèé: ñâåòà, ðàäèî è âñåãî òîãî ïðèâû÷íîãî, ÷òî óæå âîøëî â æèçíü. Êîíå÷íî æå, òåîðèÿ òåîðèåé, íî å¸ íàäî æå ïîäòâåðæäàòü: ýôèð ñòàëè èñêàòü. Òóò íàøèõ ìîçãîâèòûõ æäàë ñåðü¸çíûé îáëîì: íèêàêîãî ýôèðà îáíàðóæèòü íå óäàëîñü. Ñâåò ðàñïðîñòðàíÿëñÿ âî âñå ñòîðîíû ñ îäèíàêîâîé ñêîðîñòüþ, íåçàâèñèìî îò ñêîðîñòè íàáëþäàòåëÿ, íèêàêîé àíèçîòðîïíîñòè èëè âíåøíåãî âîçäåéñòâèÿ íà äâèæóùèéñÿ îáúåêò ñî ñòîðîíû ýôèðà íå áûëî.
Ïîëó÷àëàñü ñòðàííàÿ ëàæà: âîò ìû âðîäå ñòîèì íà ìåñòå, ìåðÿåì ñêîðîñòü ñâåòà. Ïîëó÷àåì ðåçóëüòàò. Áåæèì âïåð¸ä, îïÿòü ìåðÿì ñêîðîñòü ñâåòà, êîòîðûé ñàìè èçëó÷àåì. Òîò æå ðåçóëüòàò. Ñòîèì, ìåðÿåì ñêîðîñòü ñâåòà, êîòîðûé äà¸ò ôîíàðèê áåãóùåãî ÷åëîâåêà Ñíîâà òå æå öèôðû! Öèìåñ îêàçàëñÿ â òîì, ÷òî ñêîðîñòè íå ñêëàäûâàþòñÿ! Òðàäèöèîííàÿ ìåõàíèêà íå äåéñòâóåò! Íüþòîí ïåðåâîðà÷èâàåòñÿ â ãðîáó, ôèçèêè ÷åøóò ðåïêó è íà÷èíàþò óñèëåííî äóìàòü. «Øîçàõåðíÿ?! ÷èòàåòñÿ ó íèõ íà ëáàõ. Åñëè òðàäèöèîííûå óðàâíåíèÿ íå ðàáîòàþò, êàê æå òîãäà íàì îïèñûâàòü ýëåêòðîìàãíåòèçì??»
Òóò ïîñëå íåêîòîðûõ îòíîñèòåëüíî íåäîëãèõ ïîïîëçíîâåíèé â ïëàíå àíàëèçà ìàêñâåëëîâñêèõ óðàâíåíèé ñî ñòîðîíû Ëîðåíöà è Ïóàíêàðý íà ñöåíå ïîÿâëÿåòñÿ âñåì èçâåñòíûé òîãäà åù¸ íåèçâåñòíûé ÷óâàê ñ åâðåéñêîé ôàìèëèåé è èìåíåì Àëüáåðò. «Ðåáÿòà, âû âñå ëîõè! Ãîñïîäà, ìû ïîäõîäèì íå ñ òîé ñòîðîíû! ß âñ¸ ïðèäóìàë!», ïîñëå ÷åãî íà÷èíàåò âòèðàòü âðîäå áû ñòð¸ìíóþ äè÷ü îäíàêî íàðîä ñëåäèò çà ðàññóæäåíèÿìè (èëè äåëàåò âèä, ÷òî ñëåäèò), âïå÷àòëÿåòñÿ, à çàòåì ïðèçíà¸ò: íàñëåäíèê õèòðîãî íàðîäà, òàêè, ïðàâ. Ñî ñâîåþ òåîðèåé îòíîñèòåëüíîñòè.
 ÷¸ì ñóòü: Ýéíøòåéí çàìåòèë îäíî èç ãëàâíûõ ñâîéñòâ óðàâíåíèé Ìàêñâåëëà. Îíè ñïðàâåäëèâû äëÿ èíåðöèàëüíîé ñèñòåìû îòñ÷¸òà. Ëþáîé. Èõ âèä íå ìåíÿåòñÿ. À ÷òî åñëè ñèñòåìû ðàçíûå? À ïîôèã, óðàâíåíèÿ âñ¸ ðàâíî òå æå. È äëÿ ñòîÿùåãî ÷åëîâåêà è äëÿ áåãóùåãî ñ ôîíàðèêîì. Ýòîò ôàêò ñòàë «ïåðâûì ïîñòóëàòîì» òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè.
Âòîðûì ïîñòóëàòîì ñòàëî òî, ÷òî ó âçàèìîäåéñòâèé ñóùåñòâóåò ìàêñèìàëüíàÿ ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Ìàãíèòíîå ïîëå ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íå áûñòðåå îïðåäåë¸ííîé ñêîðîñòè. Êàê è ýëåêòðè÷åñêîå. Êàê è ãðàâèòàöèîííîå. Âîîáùå âñå âîçäåéñòâèÿ îñóùåñòâëÿþòñÿ íå áûñòðåå îïðåäåë¸ííîãî çíà÷åíèÿ. Çíà÷åíèÿ ñêîðîñòè ñâåòà â âàêóóìå (ïîêà áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî ñîâïàëî).
Îòñþäà âûëåçëà íåõîðîøàÿ ôèãíÿ, êîòîðàÿ ÿâíî íå óêëàäûâàëàñü â ìîçãè íå òîëüêî îáûâàòåëåé, íî è âåëèêèõ: ñâåò ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ ñ îäíîé ñêîðîñòüþ îòíîñèòåëüíî ñòîÿùåãî è îòíîñèòåëüíî áåãóùåãî. Ñêîðîñòü íå ñêëàäûâàåòñÿ è íå âû÷èòàåòñÿ. Åñëè ñèå çàïèñàòü â âèäå óðàâíåíèé íà áóìàãó, ïîëó÷èòñÿ, ÷òî ó ñòîÿùåãî è áåãóùåãî ðàçíûå ìàñøòàáû âðåìåíè. Âðåìÿ! Òå÷¸ò ïî-ðàçíîìó! «Íî ýòî æå áðåä!» — äóìàëè îáû÷íî ôèçèêè è âûêèäûâàëè ñâîè íàðàáîòêè íà ìîðîç. Êðîìå Ýéíøòåéíà.
Ìóæèê, íå äîëãî äóìàÿ, ðåøèë: «à ïî÷åìó íåò?». Äåéñòâèòåëüíî, ÷èñòî ìàòåìàòè÷åñêè ìû âåäü ìîæåì äîïóñòèòü ïîäîáíûå ìîäåëè, òàê ïî÷åìó íå ïîïðîáîâàòü? Íî äëÿ ýòîãî íàäî èçìåíèòü ïîíèìàíèå ñàìîãî ïîäõîäà ê àíàëèçó çàêîíîâ, ïðîÿâëÿþùèõñÿ â ìèðå: íèêàêîãî ãëîáàëüíîãî ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíè íå ñóùåñòâóåò, êàæäûé îáúåêò æèâ¸ò â ñâîåé ñîáñòâåííîé ñèñòåìå îòñ÷¸òà. Äà, èç îäíîé ñèñòåìû ìîæíî ïåðåéòè â äðóãóþ, âûïîëíèâ íåêîòîðûå ïðåîáðàçîâàíèÿ, íî ñóòè ýòî íå ìåíÿåò. «Âñ¸ îòíîñèòåëüíî» ïîÿâèëîñü èìåííî íà ýòîì ýòàïå: ó êàæäîãî ñâîÿ ñèñòåìà îòñ÷¸òà.
Ïîáåäîé òàêîãî ïîäõîäà ñòàëî íå îáúÿñíåíèå «ïî÷åìó òàê ïðîèñõîäèò?» (íà ýòî âîïðîñ òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè êàê ðàç íå îòâå÷àåò), à âîçìîæíîñòü ñàìîãî îïèñàíèÿ ïðîöåññîâ: êàê ïîñ÷èòàòü. Ïîëó÷èëîñü íå÷òî âðîäå «ãîëîãðàôè÷åñêîãî» ïîäõîäà ê ðàññìîòðåíèþ ïðîáëåìû ýëåêòðîìàãíåòèçìà: åñëè ìû çíàåì, êàê ðàáîòàåò îáû÷íûé ïàòåôîí è êàêîé çâóê ïîëó÷àåòñÿ íà âûõîäå, òî ñ mp3 ïëååðîì ìîæíî äîïóñòèòü ïðèìåðíî òî æå îïèñàíèå ïðîöåññà âîñïðîèçâåäåíèÿ çâóêà. Õîòÿ áû îò÷àñòè. È ðåçóëüòàò (çâóê) áóäåò òàêîé æå.
Âïðî÷åì, òåîðèÿ îòíîñèòåëüíîñòè (îáùàÿ è ñïåöèàëüíàÿ) ïîçâîëèëà, ðàçâèâ ñîáñòâåííûå ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè, çàãëÿíóòü â íåêîòîðûå àñïåêòû âçàèìîäåéñòâèÿ ìàòåðèè è óñïåøíî ñïðîãíîçèðîâàòü ìíîãèå ÿâëåíèÿ. Íî, êàê ãîâîðèòñÿ, ãëàâíûé êîñÿê îñòàëñÿ. À èìåííî: êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà.
Êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà ñîâåðøåííî íå õîòåëà äðóæèò ñ ÒÎ. Êàìíåì ïðåòêíîâåíèÿ ñòàë òðåòèé ïîñòóëàò òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè, êîòîðûé ãîâîðèë, ÷òî ïðîñòðàíñòâî «ãëàäêîå» — îäíîðîäíî è îäèíàêîâî âî âñåõ íàïðàâëåíèÿõ. Êàê, âïðî÷åì, è âðåìÿ. Êâàíòîâàÿ ìåõàíèêà ñåé ïîñòóëàò îáíóëèëà, óòâåðäèâ (è ïîäòâåðäèâ) òî, ÷òî íà ñàìîì äåëå â ïðîñòðàíñòâå èä¸ò àêòèâíîå øåáóðøåíèå: ïîñòîÿííî ðîæäàþòñÿ è óìèðàþò ïàðû âèðòóàëüíûõ ÷àñòèö-àíòè÷àñòèö ñ ðàçíûìè ýíåðãèÿìè. Ïîëó÷èëîñü, ÷òî ñàìî ïî ñåáå ïðîñòðàíñòâî âðîäå êàê íèõðåíà è íå îäíîðîäíîå.
Åù¸ ðàç: â òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ ýòî ÷òî-òî âðîäå ðåçèíîâîãî ëèñòà, êîòîðûé ñàì ïî ñåáå âçàèìîäåéñòâóåò ñ âåùåñòâîì, èñêàæàÿ ñâîþ ãåîìåòðèþ. ×èñòî ïîäõîä ê ðàññìîòðåíèþ òàêîé.  êâàíòîâîé ìåõàíèêå ïðîñòðàíñòâî-âðåìÿ êîíòåéíåð äëÿ ÷àñòèö, íå áîëåå. Íè ñ ÷åì íå âçàèìîäåéñòâóåò. Ñïðàâåäëèâûå ðåçóëüòàòû âûäàþò îáå òåîðèè. Îäíà íà áîëüøèõ ìàñøòàáàõ, äðóãàÿ íà ìàëûõ.
È êàê, ïàäøàÿ æåíùèíà, âñ¸ ýòî ñîâìåñòèòü?
Âîò òóò-òî è ïîÿâèëàñü òåîðèÿ ñòðóí. Íå ñàìà ïî ñåáå, êîíå÷íî, è íå òàê ñðàçó, íî  1968 ãîäó ôèçèêè âäðóã çàìåòèëè, ÷òî ñâîéñòâà ÷àñòèö, ó÷àñòâóþùèõ â ñèëüíîì âçàèìîäåéñòâèè îòëè÷íî îïèñûâàþòñÿ ìàòåìàòè÷åñêîé ôóíêöèåé Ýéëåðà, êîòîðàÿ ïðèìåíÿëàñü äëÿ îïèñàíèÿ êîëåáàíèé ãèòàðíûõ ñòðóí. «Àààà, òàê âîò â ÷¸ì áûëî âñ¸ äåëî-òî!!» âîñêëèêíóëè ìîçãîâèòûå è êèíóëèñü, äëÿ íà÷àëà, ïåðåïðîâåðÿòü ðåçóëüòàòû. Ïðåäñòàâüòå ñåáå, ðåçóëüòàòû áûëè òå æå.
Ïî âñåìó âûõîäèëî, ÷òî äâèæóùàÿñÿ ÷àñòèöà (à êàêàÿ ó íàñ ÷àñòèöà íå äâèæåòñÿ?) ýòî è íå ÷àñòèöà âîâñå, à êîëåáàíèå, ïåðåäàþùååñÿ ïî íåêîåé îäíîìåðíîé ñòðóíå. Ñ ïåðåíîñîì ýíåðãèè, êîíå÷íî. Âûãëÿäèò êàê ãðåáåíü âîëíû íà âîäå: âîò îí ãðåáåíü, íî ïî ñóòè ýòî âîëíà íà ïîâåðõíîñòè æèäêîñòè, êîòîðàÿ õîòü è ïåðåíîñèò ýíåðãèþ, íî íå ñàìó æèäêîñòü.
Äàëüíåéøèé àíàëèç ìàòåìàòè÷åñêèõ îïèñàíèé ïðèâ¸ë ê íåêîòîðûì î÷åíü õîðîøèì âûâîäàì. Âî-ïåðâûõ, ñàìè ñîáîé ïîëó÷èëèñü çíà÷åíèÿ îñíîâíûõ êîíñòàíò ìèêðîìèðà. Âî-âòîðûõ, ñîãëàñíî ìîäåëÿì, òàê íàçûâàåìûå ñîáñòâåííûå êîëåáàíèÿ ñòðóí ïîëíîñòüþ óðàâíîâåøèâàëè êâàíòîâûå ôëóêòóàöèè, òî åñòü çàñòàâëÿëè äðóæèòü òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè è êâàíòîâóþ ìåõàíèêó. Ýòî áûë epic win. Íî, êîíå÷íî æå, íàøëèñü è ïðîáëåìû òèïà íå íàáëþäàâøåéñÿ â ýêñïåðèìåíòàõ ñóïåðñèììåòðèè ÷àñòèö èëè ïðåäñêàçàíèÿ òàêèõ èç íèõ, êâàäðàò ìàññû êîòîðûõ áûë îòðèöàòåëåí (ìíèìàÿ ìàññà — òàõèîíû).
Ïî ðåçóëüòàòàì äàëüíåéøåãî àâòîìîçãîêëþéñòâà, ìàòåìàòè÷åñêàÿ ìîäåëü ñòðóííîé òåîðèè îêàçàëàñü ñîãëàñóåìîé ñ ðåàëüíîñòüþ, åñëè ïîñòðîèòü å¸ íå íà 4 èçìåðåíèÿõ (3-ïðîñòðàíñòâî + âðåìÿ), à íà 11.  èòîãå îêàçàëñÿ ìàòåìàòè÷åñêèé ìîíñòð. Îãðîìíûé, íå äî êîíöà îïèñàííûé è íå ïîíÿòíî êàê ê íåìó ïîäñòóïèòüñÿ. Íî, êàê íè ñòðàííî, ñïîñîáíûé îáúåäèíèòü âñå ñóùåñòâóþùèå â ïðèðîäå âçàèìîäåéñòâèÿ â åäèíóþ ñèñòåìó è îêîí÷àòåëüíî ïîäðóæèòü òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè ñ êâàíòîâîé ìåõàíèêîé. Ìîíñòðèêà íàçâàëè Ì-òåîðèåé, à íà âûÿñíåíèå êîíêðåòíîãî êîëè÷åñòâà çóáîâ âî âñåõ òðóäíîäîñòóïíûõ ìåñòàõ ïîêà ïîëîæèëè áîëò. Íó äåéñòâèòåëüíî, íàäî ñòàâèòü òàêèå ýêñïåðèìåíòû, ÷òî âñåé âñåëåííîé íå õâàòèò.
Îòäåëüíî îò ñåáÿ ëè÷íî îòìå÷ó âîò ÷òî. Îñíîâíîé îñîáåííîñòüþ, îáúåäèíÿþùåé òåîðèþ îòíîñèòåëüíîñòè è Ì-òåîðèþ, ÿâëÿåòñÿ ïîäõîä ê ðàññìîòðåíèþ. È òàì è òàì îïîðà èä¸ò ïðåæäå âñåãî íà ìàòåìàòèêó ñ äîïóùåíèÿìè òèïà «à ïî÷åìó áû è íåò». Àíàëèç àáñòðàêòíûõ ìîäåëåé, çàòåì ïîïûòêà ïîäòâåðäèòü íà ïðàêòèêå (÷òî ÷àùå âñåãî íåâîçìîæíî äëÿ ì-òåîðèè). Òî, ÷òî «êðóãëîå îðàíæåâîå è ïàõíåò êàê ìàíäàðèí» íå âñåãäà ÿâëÿåòñÿ ìàíäàðèíîì, íàøèì ó÷¸íûì åù¸ òîëüêî ïðåäñòîèò ïîíÿòü. Ïðè ïîïûòêå ñàìîñòîÿòåëüíûõ ðàçáèðàòåëüñòâ â îáåèõ òåîðèÿõ âñåãäà ñëåäóåò ïîìíèòü, ÷òî îíè îïèñûâàþò ïîâåäåíèå îáúåêòà ïî ïðèíöèïó «âûãëÿäèò òàê, êàê áóäòî » è äàëüøå ìîäåëü. Äåéñòâèòåëüíîñòü ñëîæíåå.