Как сблизить квантовую физику с биологией? Рассказывает Максим ОСТРАСЬ, генеральный директор РКЦ.
Беседу ведёт Максим Абаев.
— Сейчас слово «квантовый» используют в сочетании с самыми разными направлениями, явлениями и технологиями. А что мы называем «квантовым»?
— Меня, наверное, можно назвать апологетом использования слова «квантовый», именно в том смысле, в котором оно когда-то и создавалось. Квантовая физика появилась примерно сто лет назад. Макс Планк, когда изучал излучение абсолютного чёрного тела, пришёл к тому, что существовавшая на тот момент классическая теория не описывала реальный эксперимент. В соответствии с классической теорией в ультрафиолетовом диапазоне спектра плотность энергии излучения должна была уходить в бесконечность. Но этого не наблюдалось. Планк предложил, что атомы и молекулы, назовём их осцилляторами, в стенках полости абсолютно чёрного тела могут обмениваться энергией только порциями (квантами), пропорциональными E=hν. Согласно его гипотезе, осциллятор не может иметь произвольную энергию, а только дискретные значения, кратные некоторой элементарной порции. Это привело к формуле Планка, идеально согласующейся с экспериментальными данными.
Если говорить в общем, «квант» и «квантовый» — это про неделимые порции какой-то физической величины, изменение которой в микроскопических системах происходит скачкообразно между разрешёнными значениями. И эти термины имеют отношение к очень маленьким объектам: фотонам, атомам, ионам и другим. Но также квантовые свойства могут проявляться и в макроскопических условиях при определённых обстоятельствах.
С появлением и развитием квантовой механики произошла так называемая первая квантовая революция, когда люди научились управлять коллективными квантово-механическими явлениями. Возьмём, например, свет лазера. Упрощая, можно сказать, что каждый фотон в лазерном пучке неотделим от другого фотона. Он обладает такой же фазой, как у соседа, такой же амплитудой и частотой. Это и есть коллективные квантово-механические явления, в которых одни и те же частицы ведут себя абсолютно одинаково.
Практически все электронные устройства, которыми мы пользуемся в наши дни: компьютеры, телефоны — всё, что работает на транзисторах, на лазерном излучении, — это продукт первой квантовой революции. Сейчас человечество благодаря накопленному опыту, как в науке, так и в технологии, перешло определённую черту, и теперь мы уже можем управлять одиночными атомами, фотонами и ионами, чтобы в полной мере раскрывать тот потенциал, который несёт в себе квантовая физика...
